SRC - SAV - La lumière

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Diapositives cours 1ière année SRC

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SRC - SAV - La lumière

  1. 1. SRC 1 - M21 Syst`mes audiovisuels et syst`mes de transmission e e Syst`mes de transmission e F. Morain-Nicolier fredric.nicolier@univ-reims.fr CRESTIC - URCA/IUT Troyes 15 d´cembre 2008 e 1
  2. 2. Table des mati`res e 1 Introduction 2 Notion d’information 3 Sources sonores et lumineuses Sources sonores Sources lumineuses 4 Capteurs de lumi`re e 5 Codage de l’information 6 Transduction du message 7 Le canal de transmission 8 Quelques r´f´rences ee 2
  3. 3. Intro 1 Introduction 2 Notion d’information 3 Sources sonores et lumineuses Sources sonores Sources lumineuses 4 Capteurs de lumi`re e 5 Codage de l’information 6 Transduction du message 7 Le canal de transmission 8 Quelques r´f´rences ee 3 3/64
  4. 4. Intro Chaine de communication 4 4/64
  5. 5. Intro Chaine de communication info. ´mise e message ´mis e signal ´mis e canal source - codeur - trans. trans. - d´codeur e - destinataire signal re¸u message re¸u c c info. re¸ue c 5 4/64
  6. 6. Intro Chaine de communication En langage de communication, il y a transfert d’information de l’emetteur (ou source) vers le r´cepteur (ou destinataire). e 6 5/64
  7. 7. Intro Chaine de communication En langage de communication, il y a transfert d’information de l’emetteur (ou source) vers le r´cepteur (ou destinataire). e Une des principales caract´ristiques du canal de transmission (fil, cable, fibre, e etc ...) est la “transparence” : le canal ne doit pas d´former l’information e transport´e. Ceci est impossible en r´alit´, le signal est d´form´, att´nu´ par e e e e e e e le canal. En g´n´ral, le canal ajoute aussi du bruit au signal. e e 7 5/64
  8. 8. Intro Chaine de communication En langage de communication, il y a transfert d’information de l’emetteur (ou source) vers le r´cepteur (ou destinataire). e Une des principales caract´ristiques du canal de transmission (fil, cable, fibre, e etc ...) est la “transparence” : le canal ne doit pas d´former l’information e transport´e. Ceci est impossible en r´alit´, le signal est d´form´, att´nu´ par e e e e e e e le canal. En g´n´ral, le canal ajoute aussi du bruit au signal. e e Le canal ne peut pas transporter un signal oscillant trop vite (de trop grande fr´quence), il est caract´ris´ par sa bande passante. De mani`re ´quivalente, e e e e e il ne pourra pas transmettre correctement des impulsions tr`s br`ves trop e e rapproch´es dans le temps. e 8 5/64
  9. 9. Intro Chaine de communication En langage de communication, il y a transfert d’information de l’emetteur (ou source) vers le r´cepteur (ou destinataire). e Une des principales caract´ristiques du canal de transmission (fil, cable, fibre, e etc ...) est la “transparence” : le canal ne doit pas d´former l’information e transport´e. Ceci est impossible en r´alit´, le signal est d´form´, att´nu´ par e e e e e e e le canal. En g´n´ral, le canal ajoute aussi du bruit au signal. e e Le canal ne peut pas transporter un signal oscillant trop vite (de trop grande fr´quence), il est caract´ris´ par sa bande passante. De mani`re ´quivalente, e e e e e il ne pourra pas transmettre correctement des impulsions tr`s br`ves trop e e rapproch´es dans le temps. e Il faut qu’il existe un code pour exprimer le r´sultat ` transmettre ` l’aide de e a a symboles constituant un message. 9 5/64
  10. 10. Information 1 Introduction 2 Notion d’information 3 Sources sonores et lumineuses Sources sonores Sources lumineuses 4 Capteurs de lumi`re e 5 Codage de l’information 6 Transduction du message 7 Le canal de transmission 8 Quelques r´f´rences ee 10 6/64
  11. 11. Information Information 11 7/64
  12. 12. Information Information La th´orie de l’information est n´e avec Claude Shannon avec son article “A e e Mathematical Theory of Communications” publi´ en 1948. e 12 7/64
  13. 13. Information Information La th´orie de l’information est n´e avec Claude Shannon avec son article “A e e Mathematical Theory of Communications” publi´ en 1948. e L’information est une quantit´ abstraite mesurable dont la valeur ne d´pend e e pas de ce sur quoi porte l’information, de la mˆme fa¸on que la longueur a e c une valeur ind´pendante de la nature de la chose qui est longue. e 13 7/64
  14. 14. Information Information La th´orie de l’information est n´e avec Claude Shannon avec son article “A e e Mathematical Theory of Communications” publi´ en 1948. e L’information est une quantit´ abstraite mesurable dont la valeur ne d´pend e e pas de ce sur quoi porte l’information, de la mˆme fa¸on que la longueur a e c une valeur ind´pendante de la nature de la chose qui est longue. e L’information est reli´e ` l’ensemble des formes possibles de r´alisation d’un e a e ´v`nement au sens large e e 14 7/64
  15. 15. Information Quantit´ d’information d’un ´v`nement e e e 15 8/64
  16. 16. Information Quantit´ d’information d’un ´v`nement e e e Soit un ´venement e 16 8/64
  17. 17. Information Quantit´ d’information d’un ´v`nement e e e Soit un ´venement e Cet ´v`nement peut nous apprendre quelque chose e e 17 8/64
  18. 18. Information Quantit´ d’information d’un ´v`nement e e e Soit un ´venement e Cet ´v`nement peut nous apprendre quelque chose e e Le minimum de ce qu’il peut apprendre, c’est sa survenue, le simple fait qu’il se soit produit. 18 8/64
  19. 19. Information Quantit´ d’information d’un ´v`nement e e e Soit un ´venement e Cet ´v`nement peut nous apprendre quelque chose e e Le minimum de ce qu’il peut apprendre, c’est sa survenue, le simple fait qu’il se soit produit. La th´orie de l’information s’arr`te ` ce minimum e e a On ne tient pas compte de la signification que cet ´v`nement peut avoir ou e e pas. 19 8/64
  20. 20. Information Quantit´ d’information d’un ´v`nement e e e Soit un ´venement e Cet ´v`nement peut nous apprendre quelque chose e e Le minimum de ce qu’il peut apprendre, c’est sa survenue, le simple fait qu’il se soit produit. La th´orie de l’information s’arr`te ` ce minimum e e a On ne tient pas compte de la signification que cet ´v`nement peut avoir ou e e pas. Ainsi, la survenue d’un ´v`nement apporte d’autant plus d’information qu’il e e ´tait impr´vu e e si nous savions avec certitude que cet ´v`nement doit se produire, sa survenue e e ne nous apprends rien. si nous n’´tions pas sˆrs de sa survenue, alors celle-ci l`ve une incertitude, et e u e nous apprends donc quelque chose. 20 8/64
  21. 21. Information Quantit´ d’information d’un ´v`nement e e e Soit un ´venement e Cet ´v`nement peut nous apprendre quelque chose e e Le minimum de ce qu’il peut apprendre, c’est sa survenue, le simple fait qu’il se soit produit. La th´orie de l’information s’arr`te ` ce minimum e e a On ne tient pas compte de la signification que cet ´v`nement peut avoir ou e e pas. Ainsi, la survenue d’un ´v`nement apporte d’autant plus d’information qu’il e e ´tait impr´vu e e si nous savions avec certitude que cet ´v`nement doit se produire, sa survenue e e ne nous apprends rien. si nous n’´tions pas sˆrs de sa survenue, alors celle-ci l`ve une incertitude, et e u e nous apprends donc quelque chose. L’information apport´e par un ´v`nement est d’autant plus grande que sa e e e probabilit´ de survenue ´tait faible e e 21 8/64
  22. 22. Information Quantit´ d’information d’un message e 22 9/64
  23. 23. Information Quantit´ d’information d’un message e Pour une source x comportant n symboles, la d´finition de Shannon : e H(x) = − p(i) log2 p(i) i p(i) est la probabilit´ du symbole xi e 23 9/64
  24. 24. Information Quantit´ d’information d’un message e Pour une source x comportant n symboles, la d´finition de Shannon : e H(x) = − p(i) log2 p(i) i p(i) est la probabilit´ du symbole xi e La quantit´ H(x) repr´sente non pas la quantit´ d’information v´hicul´e par e e e e e le message tout entier, mais sa valeur moyenne par symbole. 24 9/64
  25. 25. Information Quantit´ d’information d’un message e Pour une source x comportant n symboles, la d´finition de Shannon : e H(x) = − p(i) log2 p(i) i p(i) est la probabilit´ du symbole xi e La quantit´ H(x) repr´sente non pas la quantit´ d’information v´hicul´e par e e e e e le message tout entier, mais sa valeur moyenne par symbole. La fonction H s’applique non pas ` un message particulier, mais ` un a a ensemble de messages qui utilisent tous le mˆme nombre de symboles e diff´rents avec la mˆme distribution de probabilit´s, c’est a dire un alphabet e e e (au sens large). 25 9/64
  26. 26. sources 1 Introduction 2 Notion d’information 3 Sources sonores et lumineuses Sources sonores Sources lumineuses 4 Capteurs de lumi`re e 5 Codage de l’information 6 Transduction du message 7 Le canal de transmission 8 Quelques r´f´rences ee 26 10/64
  27. 27. sources Sources sonores Le son Le son est une onde produite par la vibration m´canique d’un support fluide e ou solide et propag´e grˆce ` l’´lasticit´ du milieu environnant sous forme e a a e e d’ondes longitudinales. Fr´quence (en Hertz) li´e ` la hauteur. e e a Fr´quence faible ⇒ son grave e Fr´quence ´lev´e ⇒ son aigu e e e Perception possible entre 20Hz et 20kHz 27 11/64
  28. 28. sources Sources sonores La lumi`re e Lumi`re = onde electromagn´tique et/ou e e ensemble de corpuscules (photons) Une fr´quence ⇒ une couleur e La plupart des sources d´livrent un m´lange e e de plusiers radiations monochromatiques ⇒ lumi`re polychromatique e (exception : laser) Si toutes les fr´quences sont pr´sentes e e ⇒ lumi`re blanche (ou grise selon e l’intensit´) e 28 12/64
  29. 29. sources Sources lumineuses La lumi`re e Longueur d’onde (distance parcourue pendant une p´riode) : e c λ = cT = ν o` ν est la fr´quence de l’onde associ´e. u e e L’aspect corpusculaire apparait lors de l’interaction de la lumi`re avec la e mati`re, e ´ Energie d’un photon = hν = EΦ o` h est la constante de Plank. u 29 13/64
  30. 30. sources Sources lumineuses La lumi`re : dualit´ onde-corpuscule e e Exp´rience des fentes d’Young. ⇒ consiste e ` faire interf´rer deux faisceaux de lumi`re a e e issus d’une mˆme source. e 30 14/64
  31. 31. sources Sources lumineuses La lumi`re : dualit´ onde-corpuscule e e Exp´rience des fentes d’Young. ⇒ consiste e ` faire interf´rer deux faisceaux de lumi`re a e e issus d’une mˆme source. e 31 14/64
  32. 32. sources Sources lumineuses La lumi`re : dualit´ onde-corpuscule e e Exp´rience des fentes d’Young. ⇒ consiste e ` faire interf´rer deux faisceaux de lumi`re a e e issus d’une mˆme source. e Apparition de franges d’interf´rences e 32 14/64
  33. 33. sources Sources lumineuses La lumi`re : dualit´ onde-corpuscule e e Exp´rience des fentes d’Young. ⇒ consiste e ` faire interf´rer deux faisceaux de lumi`re a e e issus d’une mˆme source. e Apparition de franges d’interf´rences e 33 14/64
  34. 34. sources Sources lumineuses La lumi`re : dualit´ onde-corpuscule e e Exp´rience des fentes d’Young. ⇒ consiste e ` faire interf´rer deux faisceaux de lumi`re a e e issus d’une mˆme source. e Apparition de franges d’interf´rences e mise en ´vidence la nature ondulatoire de la e lumi`re. e 34 14/64
  35. 35. sources Sources lumineuses La lumi`re : dualit´ onde-corpuscule e e Exp´rience des fentes d’Young. ⇒ consiste e ` faire interf´rer deux faisceaux de lumi`re a e e issus d’une mˆme source. e Apparition de franges d’interf´rences e mise en ´vidence la nature ondulatoire de la e lumi`re. e 35 14/64
  36. 36. sources Sources lumineuses La lumi`re : dualit´ onde-corpuscule e e Exp´rience des fentes d’Young. ⇒ consiste e ` faire interf´rer deux faisceaux de lumi`re a e e issus d’une mˆme source. e Apparition de franges d’interf´rences e mise en ´vidence la nature ondulatoire de la e lumi`re. e si la source ´met un photon ` la fois e a d´tect´s un par un sur l’´cran. e e e 36 14/64
  37. 37. sources Sources lumineuses La lumi`re : dualit´ onde-corpuscule e e Exp´rience des fentes d’Young. ⇒ consiste e ` faire interf´rer deux faisceaux de lumi`re a e e issus d’une mˆme source. e Apparition de franges d’interf´rences e mise en ´vidence la nature ondulatoire de la e lumi`re. e si la source ´met un photon ` la fois e a d´tect´s un par un sur l’´cran. e e e 37 14/64
  38. 38. sources Sources lumineuses La lumi`re : dualit´ onde-corpuscule e e Exp´rience des fentes d’Young. ⇒ consiste e ` faire interf´rer deux faisceaux de lumi`re a e e issus d’une mˆme source. e Apparition de franges d’interf´rences e mise en ´vidence la nature ondulatoire de la e lumi`re. e si la source ´met un photon ` la fois e a d´tect´s un par un sur l’´cran. e e e Selon des lois classiques il est impossible d’interpr´ter ce ph´nom`ne. e e e 38 14/64
  39. 39. sources Sources lumineuses La lumi`re : dualit´ onde-corpuscule e e Exp´rience des fentes d’Young. ⇒ consiste e ` faire interf´rer deux faisceaux de lumi`re a e e issus d’une mˆme source. e Apparition de franges d’interf´rences e mise en ´vidence la nature ondulatoire de la e lumi`re. e si la source ´met un photon ` la fois e a d´tect´s un par un sur l’´cran. e e e Selon des lois classiques il est impossible d’interpr´ter ce ph´nom`ne. e e e interpr´tation quantique : photon = fonction e d’onde (probabilit´ de pr´sence) e e 39 14/64
  40. 40. sources Sources lumineuses La lumi`re : dualit´ onde-corpuscule e e Exp´rience des fentes d’Young. ⇒ consiste e ` faire interf´rer deux faisceaux de lumi`re a e e issus d’une mˆme source. e Apparition de franges d’interf´rences e mise en ´vidence la nature ondulatoire de la e lumi`re. e si la source ´met un photon ` la fois e a d´tect´s un par un sur l’´cran. e e e Selon des lois classiques il est impossible d’interpr´ter ce ph´nom`ne. e e e interpr´tation quantique : photon = fonction e d’onde (probabilit´ de pr´sence) e e 40 14/64
  41. 41. sources Sources lumineuses Notions de photom´trie e Les grandeurs visuelles sont relatives ` la sensation lumineuse a ⇒ elles correspondents ` la r´ponse donn´e par l’oeil humain. a e e Les grandeurs ´nerg´tiques sont relatives ` tous les autres d´tecteurs e e a e Tous les d´tecteurs sont sensibles ` l’´nergie ou ` la puissance du e a e a rayonnement re¸u. c 41 15/64
  42. 42. sources Sources lumineuses Flux d’une source de lumi`re e Flux ´nerg´tique Φ ´mis e e e C’est l’´nergie totale rayonn´ par cette source dans tout l’espace par seconde. e e C’est donc une puissance qui s’exprime en watts (W). Pour une source monochromatique, Φ ∼ Intensit´, i.e. (amplitude de l’onde)2 . e Pour une source polychromatique, Z ∞ Φ= C (λ)dλ 0 o` C (λ) est la puissance ´mise ` la longueur d’onde λ. u e a C (λ) 6 Φ(λ)) - 42 0 λ 16/64
  43. 43. sources Sources lumineuses Flux d’une source de lumi`re e Flux visuel F Li´ ` l’impression visuelle de l’oeil qui n’a pas la mˆme sensibilit´ pour toutes ea e e les longueurs d’ondes. ´ La C.I.E. (Commission Internationale de l’Eclairage) a d´fini une courbe de e sensibilit´ relative typique S(λ) pour un observateur standard. e ⇒ courbe moyenne relative ` la vision diurne (photoptique) a S(λ) 16 0 - 380 555 780 λ(nm) La r´ponse spectrale de la source est alors pond´r´e par S(λ) : e ee Z ∞ F = Km C (λ)S(λ)dλ 0 o` Km = 685lm/W. u 43 L’unit´ du flux visuel est le lumen (lm). e 17/64
  44. 44. sources Sources lumineuses Intensit´ dans une direction e Intensit´ ´nerg´tique : ee e dΦ IE = dΩ o` dΦ est le flux ´l´mentaire envoy´ dans le petit angle solide dΩ. u ee e Unit´ : watts par st´radians (W/sr). e e Intensit´ visuelle : e dF Iv = . dΩ Unit´ : lumens par st´radians = cand´la (cd). e e e 1 cd ∼ intensit´ d’une bougie. e 44 18/64
  45. 45. sources Sources lumineuses ´ Eclairements et luminances L’´clairement est le flux re¸u par unit´ de surface : e c e dΦ dF EE = Ev = dS dS Unit´ ´nerg´tique : W/m2 . ee e Unit´ visuelle : lm/m2 = lux. e La luminance est une intensit´ par unit´ de surface (dans une direction e e donn´e) : e dIE dIv LE = Lv = dS cos α dS cos α Unit´ ´nerg´tique : W/sr m2 . ee e Unit´ visuelle : cd/m2 . e 45 19/64
  46. 46. sources Sources lumineuses La couleur L’origine des th´ories sur la perception de la e couleur remonte ` Newton (1642-1727). a 46 20/64
  47. 47. sources Sources lumineuses La couleur L’origine des th´ories sur la perception de la e couleur remonte ` Newton (1642-1727). a Un prisme divise la lumi`re solaire en un e spectre complet des couleurs. 47 20/64
  48. 48. sources Sources lumineuses La couleur L’origine des th´ories sur la perception de la e couleur remonte ` Newton (1642-1727). a Un prisme divise la lumi`re solaire en un e spectre complet des couleurs. ⇒ Premi`re th´orie : e e la couleur per¸ue d´pend de la longueur c e d’onde qui excite l’oeil. 48 20/64
  49. 49. sources Sources lumineuses La couleur : le prisme S´paration des diff´rentes longueurs d’onde e e de la lumi`re blanche. e 49 21/64
  50. 50. sources Sources lumineuses La couleur : le prisme S´paration des diff´rentes longueurs d’onde e e de la lumi`re blanche. e 50 21/64
  51. 51. sources Sources lumineuses La couleur : le prisme S´paration des diff´rentes longueurs d’onde e e de la lumi`re blanche. e 51 21/64
  52. 52. sources Sources lumineuses La couleur : le prisme S´paration des diff´rentes longueurs d’onde e e de la lumi`re blanche. e Diff´rentes couleurs align´es des rouges aux e e violets. 52 21/64
  53. 53. sources Sources lumineuses La couleur : le prisme S´paration des diff´rentes longueurs d’onde e e de la lumi`re blanche. e Diff´rentes couleurs align´es des rouges aux e e violets. Certaines couleurs sont absentes : brun, mauve ou rose par exemple 53 21/64
  54. 54. sources Sources lumineuses La couleur : le prisme S´paration des diff´rentes longueurs d’onde e e de la lumi`re blanche. e Diff´rentes couleurs align´es des rouges aux e e violets. Certaines couleurs sont absentes : brun, mauve ou rose par exemple ⇒ Ces couleurs doivent avoir pour origine autre chose qu’une lumi`re e monochromatique simple. 54 21/64
  55. 55. sources Sources lumineuses La couleur : m´lange e Lorsque deux longueurs d’onde se combinent, nous ne voyons pas deux couleurs, mais une nouvelle cr´´e par le m´lange. ee e 55 22/64
  56. 56. sources Sources lumineuses La couleur : m´lange e Lorsque deux longueurs d’onde se combinent, nous ne voyons pas deux couleurs, mais une nouvelle cr´´e par le m´lange. ee e Il est impossible pour l’humain de d´terminer l’ensemble initial. e (Cela diff`re de l’audition o` les notes qui composent un accord peuvent ˆtre e u e identifi´es) e 56 22/64
  57. 57. sources Sources lumineuses La couleur : m´lange e Lorsque deux longueurs d’onde se combinent, nous ne voyons pas deux couleurs, mais une nouvelle cr´´e par le m´lange. ee e Il est impossible pour l’humain de d´terminer l’ensemble initial. e (Cela diff`re de l’audition o` les notes qui composent un accord peuvent ˆtre e u e identifi´es) e De plus certains m´langes semblent neutraliser leur couleur respective : e ex. : bleu-vert (λ = 490nm) + jaune-rouge (lambda = 600nm) = gris incolore ⇒ il s’agit de couleurs compl´mentaires. e 57 22/64
  58. 58. sources Sources lumineuses La couleur : m´lange e Lorsque deux longueurs d’onde se combinent, nous ne voyons pas deux couleurs, mais une nouvelle cr´´e par le m´lange. ee e Il est impossible pour l’humain de d´terminer l’ensemble initial. e (Cela diff`re de l’audition o` les notes qui composent un accord peuvent ˆtre e u e identifi´es) e De plus certains m´langes semblent neutraliser leur couleur respective : e ex. : bleu-vert (λ = 490nm) + jaune-rouge (lambda = 600nm) = gris incolore ⇒ il s’agit de couleurs compl´mentaires. e Il s’agit donc de trouver le moyen d’exprimer les relations existantes entre toutes les perceptions possibles des couleurs. ⇒ cercle des couleurs, solides des couleurs 58 22/64
  59. 59. sources Sources lumineuses La couleur : cercle chromatique Cercle chromatique : Position des couleurs selon leur longueur d’onde sur un cercle. Couleurs compl´mentaire : position oppos´es e e 59 23/64
  60. 60. sources Sources lumineuses La couleur : cercle chromatique Cercle chromatique : Position des couleurs selon leur longueur d’onde sur un cercle. Couleurs compl´mentaire : position oppos´es e e Syst`me visuel humain : sensible de 380nm e ` 780nm a 60 23/64
  61. 61. sources Sources lumineuses La couleur : cercle chromatique Cercle chromatique : Position des couleurs selon leur longueur d’onde sur un cercle. Couleurs compl´mentaire : position oppos´es e e Syst`me visuel humain : sensible de 380nm e ` 780nm a En fait les longeurs d’ondes se rejoignent. 61 23/64
  62. 62. sources Sources lumineuses La couleur : cercle chromatique Cercle chromatique : Position des couleurs selon leur longueur d’onde sur un cercle. Couleurs compl´mentaire : position oppos´es e e Syst`me visuel humain : sensible de 380nm e ` 780nm a En fait les longeurs d’ondes se rejoignent. 62 23/64
  63. 63. sources Sources lumineuses La couleur : cercle chromatique Cercle chromatique : Position des couleurs selon leur longueur d’onde sur un cercle. Couleurs compl´mentaire : position oppos´es e e Syst`me visuel humain : sensible de 380nm e ` 780nm a En fait les longeurs d’ondes se rejoignent. Le cercle chromatique ne peut rendre compte de tous les ph´nom`nes de la vision e e des couleurs. ⇒ solides des couleurs 63 23/64
  64. 64. sources Sources lumineuses La couleur : solides des couleurs Pour repr´senter n’importe quelle couleur, trois attributs psychologiques e ind´pendants sont requis : e la teinte, la saturation et la brillance. 64 24/64
  65. 65. sources Sources lumineuses La couleur : solides des couleurs Pour repr´senter n’importe quelle couleur, trois attributs psychologiques e ind´pendants sont requis : e la teinte, la saturation et la brillance. Teinte : signification normale de la couleur. Ce qui varie avec la longueur d’onde. 65 24/64
  66. 66. sources Sources lumineuses La couleur : solides des couleurs Pour repr´senter n’importe quelle couleur, trois attributs psychologiques e ind´pendants sont requis : e la teinte, la saturation et la brillance. Teinte : signification normale de la couleur. Ce qui varie avec la longueur d’onde. Saturation : quantit´ relative ` la puret´ de la radiation. Gris : saturation = e a e z´ro. e 66 24/64
  67. 67. sources Sources lumineuses La couleur : solides des couleurs Pour repr´senter n’importe quelle couleur, trois attributs psychologiques e ind´pendants sont requis : e la teinte, la saturation et la brillance. Teinte : signification normale de la couleur. Ce qui varie avec la longueur d’onde. Saturation : quantit´ relative ` la puret´ de la radiation. Gris : saturation = e a e z´ro. e Brillance ou Luminance : expression de l’intensit´ ou de la vivacit´ d’une e e couleur. Notion qui n’existe pas sur le cercle des couleurs. 67 24/64
  68. 68. sources Sources lumineuses La couleur : solides des couleurs Pour repr´senter n’importe quelle couleur, trois attributs psychologiques e ind´pendants sont requis : e la teinte, la saturation et la brillance. Teinte : signification normale de la couleur. Ce qui varie avec la longueur d’onde. Saturation : quantit´ relative ` la puret´ de la radiation. Gris : saturation = e a e z´ro. e Brillance ou Luminance : expression de l’intensit´ ou de la vivacit´ d’une e e couleur. Notion qui n’existe pas sur le cercle des couleurs. Une couleur est donc form´e par la combinaison de trois composantes : e tri-chromie ⇒ espace colorim´triques : TSL, RVB, ... e (il est possible de passer de l’un ` l’autre par une transformation de a coordonn´es 3D) e 68 24/64
  69. 69. sources Sources lumineuses La couleur : quelques espaces colorim´triques e RVB (cube de Maxwell) Espace de couleur standard pour les images num´riques e Luminance peu accessible, existence de valeurs n´gatives des coordonn´es e e 69 25/64
  70. 70. sources Sources lumineuses La couleur : quelques espaces colorim´triques e TLS (HSV : Hue - Saturation - Value) Tr´s proche de la perception humaine des couleurs e 70 26/64
  71. 71. sources Sources lumineuses La couleur : quelques espaces colorim´triques e XYZ (X : luminance, YZ : deux chrominances) 71 27/64
  72. 72. sources Sources lumineuses La couleur : quelques espaces colorim´triques e XYZ (X : luminance, YZ : deux chrominances) Projection bidimensionnelle : diagramme de chromacit´ (x,y) e 72 27/64
  73. 73. sources Sources lumineuses La couleur : quelques espaces colorim´triques e XYZ (X : luminance, YZ : deux chrominances) Projection bidimensionnelle : diagramme de chromacit´ (x,y) e 73 27/64
  74. 74. capteurs 1 Introduction 2 Notion d’information 3 Sources sonores et lumineuses Sources sonores Sources lumineuses 4 Capteurs de lumi`re e 5 Codage de l’information 6 Transduction du message 7 Le canal de transmission 8 Quelques r´f´rences ee 74 28/64
  75. 75. capteurs Effet photo´lectrique e L’effet photo´lectrique est l’´mission e e d’´lectrons par un mat´riau, g´n´ralement e e e e m´tallique lorsque celui-ci est expos´ ` la e ea lumi`re ou un rayonnement e ´lectromagn´tique de fr´quence e e e suffisamment ´lev´e, qui d´pend du e e e mat´riau. e Ne peut ˆtre expliqu´ si l’on consid`re la e e e lumi`re comme une onde. e Interpr´tation de Einstein : e La lumi`re est compos´e de corpuscules, e e des photons Les photons poss`dent une ´nergie hν (ν e e est la fr´quence de la lumi`re) e e 75 29/64
  76. 76. capteurs Effet photo´lectrique e Dans la mati`re e les ´lectrons sont li´s aux noyaux, e e exigent pour devenir libres une ´nergie El . e L’absorption d’un photon va provoquer la lib´ration d’un ´lectron si e e EΦ ≥ El . De fa¸on g´n´rale l’interaction lumi`re-mati`re lib´re : c e e e e e des paires e/trou dans les isolants et semi-conducteurs intrins`ques, e des e dans les semi-conducteurs dop´s P, e des trous dans les semi-conducteurs dop´s N. e 76 30/64
  77. 77. capteurs Caract´risitiques g´n´rales : longueur d’onde de seuil e e e Seuls les photons d’´nergie hν ≥ El peuvent donner naissance au processus e de d´tection, donc e El ν ≥ h 77 31/64
  78. 78. capteurs Caract´risitiques g´n´rales : longueur d’onde de seuil e e e Seuls les photons d’´nergie hν ≥ El peuvent donner naissance au processus e de d´tection, donc e El ν ≥ h c or λ = ν 78 31/64
  79. 79. capteurs Caract´risitiques g´n´rales : longueur d’onde de seuil e e e Seuls les photons d’´nergie hν ≥ El peuvent donner naissance au processus e de d´tection, donc e El ν ≥ h c or λ = ν hc ⇒λ ≤ . El Il existe donc une longeur d’onde maximale de la lumi`re susceptible d’ˆtre e e d´tect´e, la longueur d’onde de seuil : e e 1, 237 λs (microns) = . El (eV) 79 31/64
  80. 80. capteurs Propotionnalit´ au flux incident e Si Φ est le flux ´nerg´tique monochromatique incident. e e Le nb moyen ni de photons arrivant par seconde sur le photod´tecteur est : e Φ λΦ ni = = . hν hc Le nb moyen na de photons atteignant chaque seconde le mat´riau e photo´lectrique pour y ˆtre absorb´s est : e e e λΦ na = Tni = T hc o` T est le coefficient de transmission des couches travers´es. u e Le nombre moyen G de porteurs lib´r´s chaque seconde par effet ee photo´lectrique est : e λΦ G = ηna = ηT hc o` η est le rendement quantique. u 80 32/64
  81. 81. capteurs Courant d’obscurit´ e En prenant comme grandeur de sortie le courant I traversant le composant, I = Ip + I0 . Ip est le courant photo´lectrique, e I0 est le courant d’obscurit´ (courant observ´ en sortie lorsque le e e photod´tecteur est plac´ dans l’obscurit´), causes : e e e excitation thermique, rayonnement ambiant. Les fluctations de ce courant se traduisent par un bruit de fond. 81 33/64
  82. 82. capteurs CCD 1970 : CCD = Charge Coupled Device ⇒ Syst`me ` transfert de charges e a 1984 : premi`re cam´ra CCD professionnelle e e couleur. groupe de cellules juxtapos´es qui e communiquent entre elles, ⇒ une cellule se charge, puis se vide dans sa voisine. cellule = photocapacit´ MOS. e 82 34/64
  83. 83. capteurs La photocapacit´ MOS e 83 35/64
  84. 84. capteurs La photocapacit´ MOS e m´tal e oxyde / s.-c. dop´ P e ) 84 35/64
  85. 85. capteurs La photocapacit´ MOS : polarisation e + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 85 36/64
  86. 86. capteurs La photocapacit´ MOS : polarisation e + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 86 37/64
  87. 87. capteurs La photocapacit´ MOS : polarisation e ++ + + + + + + + + + + + + + 87 38/64
  88. 88. capteurs La photocapacit´ MOS : accumulation e hν + -f f ++ ~ + + + + + + + + + + + + + 88 39/64
  89. 89. capteurs La photocapacit´ MOS : accumulation e + -f f ++ + + + + + + + + + + + + + 89 40/64
  90. 90. capteurs La photocapacit´ MOS : accumulation e -f -f -f -f -f -f -ff f f f -f -f -f -f -f ++ + --f--f--f--f + + + + + + + + + + + + 90 41/64
  91. 91. capteurs CCD : principe il faut transmettre les charges pour lib´rer la cellule pour qu’un nouveau cycle e puisse commencer. 91 42/64
  92. 92. capteurs CCD : principe il faut transmettre les charges pour lib´rer la cellule pour qu’un nouveau cycle e puisse commencer. 92 42/64
  93. 93. capteurs CCD : principe il faut transmettre les charges pour lib´rer la cellule pour qu’un nouveau cycle e puisse commencer. 93 42/64
  94. 94. capteurs CCD : transfert de charges 94 43/64
  95. 95. capteurs CCD : transfert de charges 95 43/64
  96. 96. capteurs CCD : transfert de charges 1 Les charges sont transf´r´es dans les ee colonnes de stockage, 2 les charges sont transf´r´es vers le registre ee de sortie, 3 les charges sont ´vacu´es en s´rie. e e e Faible surface photosensible 1 Apr`s le temps d’int´gration, l’obturateur e e est ferm´ et les charges sont transf´r´es e ee dans le registre horizontal, 2 les charges sont ´vacu´es en s´rie. e e e grande sensibilit´ (astronomie) e 96 44/64
  97. 97. capteurs CCD : transfert de charges Transfert de trame Les charges sont transf´r´es dans la surface ee de stockage, les charges sont transf´r´es vers le registre ee de sortie, les charges sont ´vacu´es en s´rie. e e e 97 45/64
  98. 98. capteurs CCD : acquisition de la couleur 98 46/64
  99. 99. capteurs CCD : acquisition de la couleur 99 46/64
  100. 100. capteurs acquisition de la couleur : tri-CCD et Fov´on e Principe du prisme 100 47/64
  101. 101. capteurs acquisition de la couleur : tri-CCD et Fov´on e Principe du prisme Fov´on e 101 47/64
  102. 102. capteurs CCD : smearing 102 48/64
  103. 103. capteurs CCD : smearing 103 48/64
  104. 104. codage 1 Introduction 2 Notion d’information 3 Sources sonores et lumineuses Sources sonores Sources lumineuses 4 Capteurs de lumi`re e 5 Codage de l’information 6 Transduction du message 7 Le canal de transmission 8 Quelques r´f´rences ee 104 49/64
  105. 105. codage Codage le plus simple La m´thode de codage la plus simple est d’utiliser autant de symboles e diff´rents que de r´sultats possibles. e e 105 50/64
  106. 106. codage Codage le plus simple La m´thode de codage la plus simple est d’utiliser autant de symboles e diff´rents que de r´sultats possibles. e e 106 50/64
  107. 107. codage Codage de Huffman Associer un nombre de bits proportionel ` la probabilit´ d’apparition du a e symbole. Regrouper les symboles les moins probables en un noeud affect´ de la somme e des probabilit´s e 107 51/64
  108. 108. codage Codage de Huffman Associer un nombre de bits proportionel ` la probabilit´ d’apparition du a e symbole. Regrouper les symboles les moins probables en un noeud affect´ de la somme e des probabilit´s e 108 51/64
  109. 109. codage Codage RLE (Run Length Encoding) Technique du gar¸on de caf´ ! c e 109 52/64
  110. 110. codage Codage RLE (Run Length Encoding) Technique du gar¸on de caf´ ! c e Efficace avec les messages uniformes. 110 52/64
  111. 111. transduction 1 Introduction 2 Notion d’information 3 Sources sonores et lumineuses Sources sonores Sources lumineuses 4 Capteurs de lumi`re e 5 Codage de l’information 6 Transduction du message 7 Le canal de transmission 8 Quelques r´f´rences ee 111 53/64
  112. 112. transduction modulation AM La modulation d’amplitude est une technique utilis´e pour moduler un signal. e Elle consiste en la multiplication du signal ` a moduler par un signal de fr´quence plus e ´lev´e. e e 112 54/64
  113. 113. transduction modulation AM signal La modulation d’amplitude est une technique utilis´e pour moduler un signal. e Elle consiste en la multiplication du signal ` a moduler par un signal de fr´quence plus e ´lev´e. e e 113 54/64
  114. 114. transduction modulation AM signal La modulation d’amplitude est une porteuse technique utilis´e pour moduler un signal. e Elle consiste en la multiplication du signal ` a moduler par un signal de fr´quence plus e ´lev´e. e e 114 54/64
  115. 115. transduction modulation AM signal La modulation d’amplitude est une porteuse technique utilis´e pour moduler un signal. e Elle consiste en la multiplication du signal ` a moduler par un signal de fr´quence plus e ´lev´e. e e signal modul´ e 115 54/64
  116. 116. transduction modulation FM L’information est port´e par une e modification de la fr´quence de la porteuse, e et non par une variation d’amplitude 116 55/64
  117. 117. transduction modulation FM L’information est port´e par une e modification de la fr´quence de la porteuse, e et non par une variation d’amplitude Un exemple de modulation de fr´quence. En e haut, le signal (en rouge) superpos´ avec la e fr´quence porteuse (en vert). En bas, le e r´sultat du signal (en bleu) une fois modul´ e e par la fr´quence. e 117 55/64
  118. 118. transduction modulation FM L’information est port´e par une e modification de la fr´quence de la porteuse, e et non par une variation d’amplitude La modulation de fr´quence est plus robuste e que la modulation d’amplitude pour transmettre un message dans des conditions Un exemple de modulation de fr´quence. En e haut, le signal (en rouge) superpos´ avec la e difficiles (att´nuation et bruit importants). e fr´quence porteuse (en vert). En bas, le e r´sultat du signal (en bleu) une fois modul´ e e par la fr´quence. e 118 55/64
  119. 119. transduction Modulation num´rique e Si analogique ⇒ conversion en num´rique e Le codage NRZ (signifiant No Return to Zero, soit Non Retour ` Z´ro) est le premier a e syst`me de codage, car le plus simple. e Il consiste tout simplement ` transformer les a 0 en -X et les 1 en +X, de cette fa¸on on a c un codage bipolaire dans lequel le signal n’est jamais nul. Par cons´quent, le r´cepteur peut e e d´terminer la pr´sence ou non d’un signal. e e 119 56/64
  120. 120. transduction Modulation num´rique : NRZI e Lorsque le bit est ` 1, le signal change a d’´tat apr`s le top de l’horloge. Lorsque le e e bit est ` 0, le signal ne subit aucun a changement d’´tat. e Avantages : La d´tection de la pr´sence ou non du e e signal La n´cessit´ d’un faible courant de e e transmission du signal Inconv´nients : e pr´sence d’un courant continu lors d’une e suite de z´ro, gˆnant la synchronisation e e entre ´metteur et r´cepteur e e 120 57/64
  121. 121. transduction Modulation num´rique : Manchester e Introduit une transition au milieu de chaque intervalle. Il consiste en fait ` faire un OU a exclusif (XOR) entre le signal et le signal d’horloge. Se traduit par un front montant lorsque le bit est ` z´ro, un front descendant dans le a e cas contraire. Avantages : le non passage par z´ro, rendant possible e par le r´cepteur la d´tection d’un signal, e e un spectre occupant une large bande. 121 58/64
  122. 122. canal 1 Introduction 2 Notion d’information 3 Sources sonores et lumineuses Sources sonores Sources lumineuses 4 Capteurs de lumi`re e 5 Codage de l’information 6 Transduction du message 7 Le canal de transmission 8 Quelques r´f´rences ee 122 59/64
  123. 123. canal Canal de transmission La transmission de donn´es sur un support physique se fait par propagation e d’un ph´nom`ne vibratoire e e Les ondes ´lectromagn´tiques sont caract´ris´es par leur fr´quence, leur e e e e e amplitude et leur phase Types de supports physiques : filaires permettent de faire circuler une grandeur ´lectrique sur un e cˆble g´n´ralement m´tallique, a e e e a´riens d´signent l’air ou le vide, ils permettent la circulation d’ondes e e ´lectromagn´tiques ou radio´lectriques diverses, e e e optiques permettent d’acheminer des informations sous forme lumineuse. ⇒ Selon le type de support physique, la grandeur physique a une vitesse de propagation plus ou moins rapide 123 60/64
  124. 124. canal Perturbations La transmission de donn´es sur une ligne ne se fait pas sans pertes. e Tout d’abord le temps de transmission n’est pas imm´diat, ce qui impose une e certaine ”synchronisation” des donn´es ` la r´ception. e a e Parasites : Le bruit blanc Les bruits impulsifs Affaiblissement ⇒ perte de signal en ´nergie dissip´e dans la ligne. e e Distortion ⇒ d´phasage entre le signal en entr´e et le signal en sortie. e e 124 61/64
  125. 125. canal Capacit´ et bande passante e La bande passante (en anglais bandwidth) d’une voie de transmission est l’intervalle de fr´quence sur lequel le signal ne subit pas un affaiblissement e sup´rieur ` une certaine valeur (g´n´ralement 3 dB, car 3 d´cibels e a e e e correspondent ` un affaiblissement du signal de 50%) a Une ligne de t´l´phone a par exemple une bande passante comprise entre 300 ee et 3400 Hertz. La capacit´ d’une voie est la quantit´ d’informations (en bits) pouvant ˆtre 62/64 e e e 125 transmis sur la voie en 1 seconde. ⇒ unit´ en bps e
  126. 126. Biblio 1 Introduction 2 Notion d’information 3 Sources sonores et lumineuses Sources sonores Sources lumineuses 4 Capteurs de lumi`re e 5 Codage de l’information 6 Transduction du message 7 Le canal de transmission 8 Quelques r´f´rences ee 126 63/64
  127. 127. Biblio Ouvrages “Acquisition et visualisation des images” A. Marion, Eyrolles , “Les secrets de l’image vid´o” P. Bella¨ e , ıche, Eyrolles “Mesure physique et instrumentation” D. Barchesi, ellipses , “L’organisation biologique et la th´orie de l’information” H. Atlan, Seuil e , 127 64/64

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