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18. Acquisition image: appareil photo numérique et scanner.

18.1. Appareil photo numérique - 18.2. Types de mémoires Flash utilisées dans les appareils numériques - 18.3. Scanner

18.1. Les scanners

Pour l'acquisition de photos, on retrouve 3 techniques distinctes: scanner à main, à défilement (identique aux fax) et à plat. Les deux premières ont quasiment disparues. Tous permettent l’acquisition de différentes tailles : A4, A4+, jusqu'à A3 et A2 pour des modèles professionnels spécifiques. Les connexions possibles vers l'ordinateur sont les ports SCSI externe, parallèle et USB. Actuellement, ils sont quasiment tous connectés en USB 2.0 (15 MB/s), même si l'interface USB 1.1 est compatible. C’est le seul port qui accepte de se connecter à chaud (sans redémarrer l'ordinateur) si le logiciel est préalablement installé. La majorité des fabricants les ont implantés dans les AIO (multifonction) qui permettent d'imprimer, scanner et copier, voire de faxer, ... mais avec une résolution et une qualité d'image le plus souvent inférieure.

18.1.1. Le pilote.

Les scanners sont pratiquement tous pilotés par un programme (driver) compatible TWAIN qui sert d'interface entre les logiciels de traitement d'image courant et le scanner pour l'acquisition. Par contre, le driver est spécifique à chaque modèle de scanner.

Les pilotes actuels sont incluent des solutions complémentaires: reconnaissance automatique du type de document (couleur, Noir et Blanc, textes, images, dessins, …), correction automatique des images (amélioration des images en agissant sur les tons, couleurs et netteté), gestion automatique des couleurs (restitution identique des couleurs sur l'imprimante et l'écran). Certains pilotes découpent le document en partie suivant le type (photographie, graphique, texte, ...).

18.1.2. La résolution et la palette.

La résolution correspond au nombre de pixels (points) qu'un scanner peut faire l'acquisition par pouce, l'unité est le dpi (dot per inch, points par pouce) et peut être différente en largeur et en longueur. Un pouce (mesure anglophone) équivaut à 2,54 mm. Elle est souvent définie dans les fiches commerciales en résolution optique et logicielle. La résolution logicielle est une extrapolation des points de couleurs et ne donne pas de détails supplémentaires de l'image, mais affine les différences nuances de couleurs, augmentant la taille du fichier image. Pour des photos standards, une résolution de 200 dpi (même 150 dpi) est souvent suffisante, sauf si vous souhaitez agrandir l'image: doubler la taille de l’image originale réduit la résolution par deux. Pour les sites Internet, envois par mails, n'ont pas besoin d'une résolution importante (sauf impression) et peuvent être de 70 dpi.

Chaque scanner utilise une palette de couleurs exprimée en bits. Les scanners actuels utilisent une palette de 36 ou 42 bits (plus pour les modèles professionnels): 36 bit permet la distinction entre un peu plus de 68 milliards de couleurs différentes. En niveaux de gris (noir et blanc), le nombre de nuances est généralement divisé par 3 par rapport à celle en couleur.

Les caractéristiques d'un scanner ne se limitent pas qu'à la résolution et au nombre de bits d'encodage des points: la qualité de l’optique donne souvent des images de qualités différentes (c'est aussi le cas pour les appareils photo numériques ci dessus). La netteté des contours des points influence également la qualité de l’image. Comme souvent en traitement d'image, à note technique égale, les scanners des haut et milieux de gamme sont nettement meilleurs que les prix bon marchés.

Scanner à méthodes d'impression d'imprimeries, l'impression haute qualité avec une photo scannée en 200 dpi donne un meilleur résultat qu'un scannage de 600 dpi. Si la résolution de l'acquisition est trop haute, des lignes visibles apparaissent à l'impression avec les imprimantes jet d'encre tous les 1 cm environ.

18.1.3. Détramage.

A cause du mode d'impression en imprimerie, les magazines, certains journaux et imprimés donnent des effets de quadrillage à la numérisation. Le tramage est un traitement logiciel qui consiste à convertir les photos en une série de points ou de lignes. Ceci fait disparaître (ou au moins l'atténue) cet effet de moiré entre les points et les pixels qui rend l'image scannée difficilement utilisable. C'est une option qui n'est pas implantée dans les scanners de bas de gamme et encore plus rarement dans les modèles d'imprimantes tout en 1. L'efficacité et le temps du traitement varient en fonction des modèles.

18.1.4. Le fonctionnement d'un scanner à plat.

Le principe de fonctionnement d'un scanner de bureau est relativement simple: une source lumineuse se déplace prêt de la surface du document, la lumière est réfléchie et récupérée par un capteur photosensible qui convertit la lumière en tension électrique, en fait une valeur analogique qui est convertie en signal digital à l'aide d'un convertisseur. Avant le transfert vers l'ordinateur, l'image est mise en forme par un microcontrôleur.

Deux technologies différentes sont utilisées.

Le plus chère est le CCD (Charge Coupled Device ou capteur à transfert de charge) déjà rencontré avec les équipements photo numériques. Il utilise une technologie à semi-conducteur formée de nombreux éléments assemblés capables de recueillir (parfois via un autre composant), enregistrer et transférer les charge électriques reçues. Chaque CCD reprend une couleur de base sur un pixel. En cas d'exposition à une source lumineuse (lampe au Xénon généralement), chaque CCD est chargé électriquement par des photons lumineux, la charge de chaque CCD est transférée à tour de rôle vers un à un amplificateur de sortie qui la convertit en signal électrique mesurable. Le capteur est fixe, le signal lumineux à partir de la source utilise  une glace qui assure la transmission. Celle-ci additionné au cheminement de la lumière à l'intérieur du scanner entraîne une perte de qualité du signal lumineux, dégradant l'image.

De prix inférieurs, les scanners CIS (Contact Image Sensor ou capteur d'images par contacts) sont les plus courants (notamment utilisés dans les imprimantes multi-fonctions. Basés sur une technologie similaire au CCD, le chariot de déplacement intègre la source lumineuse et les capteurs lumineux de récupération de la charge lumineuse dans les capteurs. Avantage, la lumière ne passe pas l'intérieur du scanner via un miroir (donc moins de perte). Le défaut vient de la vitesse de déplacement du chariot qui entraîne des pertes de netteté.

La source lumineuse est souvent constituée de LED suivant les 3 couleurs de base, une lentille cylindrique assurant la convergence du résultat vers les capteurs, le tout étant intégré dans une même cellule.

Sans miroir, ni objectifs, ils sont moins encombrant que les modèles CCD. Cette technologie est utilise dans les appareils intégrés AIO (Imprimante, scanner, photocopieuse).

Une fois le signal lumineux récupéré sous forme de charge électrique, il est convertit en signal électrique digital. Comme les courbes de réponses des CCD ne sont pas parfaitement linéaire, un microcontrôleur spécialisé (éventuellement un DEP, assure la correction suivant les différentes palettes de couleurs et la conversion de l'image brute en un format de fichier photo informatique (Jpeg est le plus courant). Outre le format du fichier image, le microcontrôleur intègre différents contrôles pour assurer la compatibilité avec les logiciels de retouche photo qui n'acceptent généralement que 8 bits par couleur de base alors doit également s'assurer que le logiciel comprend les images. La majorité des logiciels de traitement d'images n'acceptent que 8 bits maximum par couleur, les scanners autorisent 10, 12 ou même 14 bits par couleur.

18.1.5. L'OCR.

L'OCR, logiciel de reconnaissance de caractères, permet de traiter des textes numérisés comme des documents éditables par Word, Writter (openOffice), … Ces logiciels se basent sur une langue de reconnaissance. En cas de difficulté pour reconnaître un caractère, le logiciel vérifie le mot dans le dictionnaire le plus proche. Un reconnaissance parfaite à 100 % n'existe pas, même avec des versions complètes du logiciel qui sont associés à des correcteurs orthographiques pour améliorer le reconnaissance (les logiciels fournis avec le scanner sont généralement en version lite). La taille de caractère et la police de caractère utilisée influencent aussi le niveau de reconnaissance.

18.2. Appareil photo-numérique

Le fonctionnement est simple et complexe à la fois. Comme dans un équipement classique, l'image passe par différentes lentilles optiques. Par contre, la réception de l'image se fait grâce à un CCD (Charged Coupled Device), une cellule photo-sensible qui transforme la lumière en charges électriques et la transporte.

Ce composant reprend deux parties, la première récupère la charge lumineuse, souvent par un condensateur dont la charge varie en fonction de la luminosité, pour les modèles les plus performants une photo-diode dont le rendu est meilleur, et un mécanisme de transfert. Celui ci va transférer les différentes charges des points à tour de rôle sui un agencement de ligne et de colonnes. 

Quelques modèles utilisent deux rangées de cellules, la première récupère les informations et la transfère vers la deuxième directement. C'est la deuxième matrice de CCD qui assure le transfert vers le convertisseur charge - tension pour reproduire la photo. 

Un CCD ne voit que des nuances de gris: charge nulle pour du noir, maximum pour le blanc. En filtrant suivant les 4 nuances de couleurs (rouge, bleu et deux nuances de vert), on obtient par exemple: 256 nuances de rouge * 256 nuances de bleu * 256 nuances de vert soit 16.777.216 couleurs différentes (le vert est difficile à transposer et utilise 2 matrices de CCD). 

Les appareils photo-numériques MEGAPIXEL permettent plus d'un million (Mega) de pixels dans le capteur optique (en fait, 4 millions de cellules CCD). La résolution réelle de l'image utilise donc la résolution maximum de la fiche technique du modèle (par exemple 1600 * 1200) divisée par 4 (un filtre rouge, 2 filtres verts et un bleu), ce qui donne le nombre réel de pixels, soit 0,48 au lieu des 1,9 millions de pixels annoncés par le fabricant. Chaque CCD a une taille de 0,15 microns, en multipliant cette donnée par 4, on obtient en gros la taille réelle d'un pixel, soit 60 Microns. En général, un pixel d'appareil photo numérique est codé sur 12 bits: on obtient finalement pour une résolution de 2 Megapixel une taille de photo de 12 MB en mode non compressé mais généralement les formats images utilisés sont le JPG ou des formats RAW propriétaires aux fabricants. Une dia de 35 mm reprend 100 fois plus d'informations, la photo standard est donc nettement supérieur.

Les appareils actuels implantent différentes techniques supplémentaires pour la prise de photo comme par exemple:

• Zoom optique, logiciel: comme pour un scanner, le zoom optique est le zoom réel (les plus performants acceptent jusque 24 X, un numérique standard permet généralement 5 X). Le zoom logiciel utilise une extrapolation des points, permettant une amélioration visuelle de l'image à l'impression mais en perdant une restitution réelle de la photo, tout en augmentant la taille du fichier.

• Afficheur LCD pour voire directement les photos sur l'appareil numérique ou même pour le configurer.

• Mode Macro: cette fonction permet de prendre des photos d'objets petits et proches en utilisant le zoom standard. Le mode macrophotographie utilise des équipements spécifiques, pour la photographie d'objets de petites tailles, insectes, ... de loin.

• Mode panoramique: permet de prendre plusieurs photos d'un panorama et de les coller entre-elles.

• Mode caméra: permet de filmer de petits films avec votre appareil photo, y compris le son.

• Anti-mouvement: correction automatique lors du déplacement de l'appareil en mode prise de vue.

• Zoom supplémentaires (téléobjectifs). permet d'augmenter le niveau du zoom interne en ajoutant un zoom supplémentaire comme dans les appareils photos standards.

18.2. Types de mémoires Flash

Si Sony a développé quelques modèles utilisant des disquettes insérées dans l'appareil, cette technique est remplacée par des mémoires flash, plus rapides et de nettement plus grosses capacités. Les mémoires flash permettent la lecture et l'écriture comme une RAM, mais conservent comme une ROM les informations en l'absence d'alimentation. Par contre, le nombre d'écritures est limité à quelques milliers. Si on trouve des appareils contenant des mémoires de 64 MB, les nouveaux appareils acceptent jusque 8 GB (on peut en rajouter suivant les types ci-dessous). Une mémoire de 4 GB permet par exemple de sauvegarder 1240 photos en 1880 X 2130 pixels au format JPG (appareil 4 Mega pixels).

18.2.1. Memory Stick

Développée à partir de 2000 par Sony et Scandisk, ce type de mémoire série n'est quasiment fabriquée que par Sony. Les dimensions standards du boîtier sont de 50,0 mm (largeur) x 21,5 (Hauteur) x 2.8  mm (épaisseur). Il inclut la mémoire flash et le contrôleur. La capacité actuelle maximum atteint les 4 GB en Pro Duo.

On distingue plusieurs types de Memory stick:

1. Standard: vitesse de transfert de 14.4 Mb/s (19.6 Mb/s maximum)
2. Pro: incompatible avec la version standard, elle offre une vitesse de transfert supérieure: (15 mbps en standard mais jusque 160 Mbps maximum.
3. Magic stick Duo: dérivé de la version standard, elle augmente la capacité du media (en restant compatible). Insérée dans un lecteur standard, elle n'accède qu'à la moitié de la capacité. Elle est basée sur la version Pro.
4. Magic Stick Pro Duo, dérivée des deux versions précédentes avec des dimensions inférieures. Des adaptateurs (modèle Mark 2 de Sony) permettent de les utiliser dans les anciens appareils.
5. Avec Magic Gates, Sony introduit un codage (protection des données).

18.2.2. Secure Digital (SD - SDHC), la plus courante.

Développée à partir du début des années 2000 par SanDisk (encore), Matsushita Electronic et Toshiba, la SD Card est également utilisée dans les appareils photo-numériques, Caméoscopes digitaux, PDA, ...  Les dimensions sont normalisées: 24 mm de haut, 32 mm de large et 2,1 mm d'épaisseur. Le transfert des informations (mode série) utilise un connecteur de 9 broches

En version standard, la vitesse de transfert est de 2 MB/s. Depuis 2006, la version Secure Digital High Capacity (SDHC) est utilisée pour les mémoires de capacité supérieure à 2 GB. Avec ces cartes mémoires, de nouvelles normes gèrent la vitesse de transfert à 2 Mb/s (Classe 2), 4 MB/s (classe 4) et 6 Mb/s (classe 6).

Ces mémoires intègrent une protection contre le piratage (CPRM - Content Protection Media) en cas de copie de musique, film vidéo, ...: limitation à 3 copies maximum

La version MicroSD est identique. De dimensions plus petite (11 mm x 15 mm x 1 mm), elle est utilisée pour les téléphones mobiles. Elles sont utilisables en photo numérique via un adaptateur.

18.2.3. Compact Flash

La plus ancienne (1994) est la Compact Flash (CF en abrégé). Ici aussi, le contrôleur est inclus dans le boîtier. Deux types sont développées, les types I (épaisseur de 3,3 mm) et les types 2 (épaisseurs de 5 mm). Les autres dimensions sont de 42,8 mm de largeur et 36,4 en hauteur. Les capacités standards vont jusque 8 GB, même si la norme accepte jusque 137 GB. Ce modèle disparaît.

Développées au préalable suivant la norme PCMCIA, elle utilise la même technologie de transfert (en mode parallèle) si ce n'est que le nombre de broches est de 50 au lieu de 68. Le connecteur PCMCIA accepte d'ailleurs directement les Compact Flash. La tension d'alimentation (3,3 Volts ou 5 volts suivant le type) est sélectionnée automatiquement lors de l'insertion de la carte.

18.2.4. XD Picture Card

Commercialisées depuis 2002, les cartes Xd Picture Card sont principalement utilisées par les photo numériques de marque Olympus et Fujifilm mais aussi dans des dictaphones et lecteurs MP3. Par rapport aux autres types de mémoires, le contrôleur n'est pas intégré, il est repris directement dans l'appareil qui les utilise (donc prix plus élevé). Prévue comme remplaçante des SmartMedia, elles restent compatibles en utilisant un adaptateur.

Sorti en 2005, le type M utilise des mémoires MLC (Multi Layer Cell) pour augmenter la capacité jusque 8 MB, malheureusement au détriment de la vitesse de lecture / écriture par rapport à la première version.

Sorties à partir de 2006, le type H utilise une mémoire SLC (Single Layer Cell - simple couche). Elle est la plus rapide (5 MB/s en lecture pour 4 en écriture) mais sa capacité est plus limitée que le type M.

Tous les appareils photo-numériques acceptent le type standard. Par contre, des incompatibilités existent entre les type H et M au niveaux des lecteurs.

La taille maximum actuelle est de 2 GB, la norme prévoit jusque 8 GB. Les dimensions sont de 25 mm de large, 20 mm de haut pour une épaisseur de 1,7 mm, avec un poids d'à peine 2 grammes. Le connecteur utilise 18 pins avec une tension d'alimentation de 3,3 Volts.

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Nikon Coolpix L19 Pink, 8 MP, zoom 3.6 Prix: 139.46 € TTC

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