Multi Slope - l'idée

Les caméras noir et blanc utilisées dans la vie de tous les jours offrent, pour la plupart, une dynamique de niveau de gris de 8 bits/pixel. La valeur de gris 0 signifie habituellement 'noir', alors que 255 signifie 'blanc'.

Le niveau de gris d'un pixel représente le nombre de photons ('luminosité') que le capteur d'image a accumulé à cet endroit. Le temps de pose réglé par l'utilisateur détermine pour combien de temps le capteur d'image est photosensible.

Tous les capteurs CCD, mais aussi beaucoup de capteurs CMOS, offrent une relation linéaire entre le nombre de photons et le niveau de gris. Cette caractéristique est souhaitable pour beaucoup d'applications.

Mais si les différences de luminosité d'une image dépassent la dynamique normale de niveau de gris de 8 bits, nous rencontrons les problèmes montrés dans l'image en haut à droite. Si on fait concorder le temps de pose et les parties sombres de l'image, alors les parties claires sont surexposées et vice versa.

Les capteurs CCD 'Multi Slope' remarquent les pixels qui sont menacés de surexposition. Ils réinitialisent leurs niveaux de gris à une valeur fixée par l'utilisateur et, SEULEMENT ensuite, exposent ces pixels encore une fois. La durée de cette deuxième exposition doit être fixée de même par l'utilisateur. Elle devrait s'arrêter idéalement peu de temps avant que le pixel le plus clair soit surexposé. De cette manière, on obtient le résultat montré dans la troisième image à droite.

Multi Slope - La réalisation

Pour comprendre la méthode 'Multi Slope', il suffit juste de regarder de plus près l'exposition d'une ligne d'images (voir l'image à droite). La ligne consiste en 8 pixels uniquement avec les index de 0 à 7. Ces pixels sont touchés par un flux constant de photons ayant des intensités de 12,5 pour cent à 100 pour cent.

Supposons que les pixels présentent des niveaux de gris de 50 à 400 après un temps de pose de 200µs. Mais comme on a seulement une dynamique de niveau de gris de 8 bits, les pixels 5, 6, et 7 ne peuvent pas atteindre les niveaux de gris corrects. Ils sont saturés à la valeur de gris 255.

La premiére étape de la méthode 'Multi Slope' fixe donc un temps de pose réduit (temps de pose de base). Pour notre exemple, nous arrêtons la pose après 150µs. Maintenant, seuls les pixels 6 et 7 sont encore saturés.

La seconde étape est la définition du niveau de gris à partir de laquelle la seconde exposition doit commencer (valeur de réinitialisation). Les niveaux de gris qui sont plus hauts que cette valeur de réinitialisation, sont remis à son niveau. Pour notre exemple, nous choisissons une valeur de réinitialisation de 180.

Dans la troisième étape, nous continuons l'exposition des pixels réinitialisés en choisissant un temps de pose qui garantit que le pixel le plus clair reste juste sous saturation. Dans notre exemple, ce seraient 35µs.

Naturellement, il aurait été possible de réduire encore plus le temps de pose de base afin de passer par deux étapes de réinitialisation ou plus. Cependant, pour beaucoup d'applications, il suffit d'une étape de réinitialisation (comme montré dans l'exemple). Dans ce cas, on parle donc de 'Dual Slope'.

Attention ! : Les valeurs de réinitialisation et les temps de pose doivent être adaptés aux conditions d'éclairage par l'utilisateur. Ils doivent être donc statiques. Les scènes en mouvement ou les déclencheurs de temps de pose variables ne sont pas appropriés au 'Multi Slope'.

Index de pixel:
Nombre de photons ('luminosité'):
Niveaux de gris après un temps de pose de 200µs:
Niveaux de gris avec une dynamique de 8 bits:
Niveaux de gris après un temps de pose de base de 150µs:
Réinitialisation à 180 de toutes les niveaux de gris supérieures à 180:
Niveaux de gris après une nouvelle exposition de 35µs des pixels réinitialisés: