P-Iris (Precise Iris)
Pour comprendre les caractéristiques du P-Iris, il faut d’abord revenir au fonctionnement du diaphragme.
En l’ouvrant (ou en le fermant), on contrôle bien sûr la quantité de lumière qui passe à travers l’objectif. Mais saviez-vous que cela ne régule pas seulement le niveau de luminosité ?
L'ouverture du diaphragme affecte également la profondeur de champ (DOF), c’est à-dire la distance entre le point le plus proche (le premier plan net) et le plus éloigné (le dernier plan net) de l’image, sans mise au point.
En allant plus loin, on peut dire que la taille de l’ouverture affecte la distance de mise au point…
Quelle est la différence avec la profondeur de champ ?
La distance de mise au point est la distance à laquelle le capteur peut être placé, tout en maintenant un niveau de mise au point correct (avec un objet restant dans la même position).
L'effet est similaire à celui de la profondeur de champ : plus l'ouverture est petite, plus la distance de mise au point sera élevée ... et vice versa.
Avec un objectif à diaphragme automatique, l’ouverture du diaphragme s’ajuste automatiquement en fonction des changements de niveaux de luminosité. Le logiciel initie les réglages en contrôlant un pilote relié au diaphragme et ajuste ainsi l'ouverture et la fermeture en fonction.
Dans un objectif à diaphragme DC, le circuit qui sert à convertir le signal analogique en signaux de commande motorisés est situé à l’intérieur de la caméra. Avec un système à diaphragme vidéo, il est situé à l’intérieur de l’objectif.
Ce système ne réagit cependant qu'à des changements de luminosité. Ainsi, même si la quantité de lumière atteignant le capteur a été correctement ajustée, il ne peut effectuer d'autres réglages de qualité d'image, comme la profondeur de champ par exemple.
Pourquoi vouloir changer constamment l’ouverture ? Il suffit de la régler au minimum pour obtenir une profondeur de champs satisfaisante !
Oui, cette solution serait parfaite ... mais elle ne peut pas fonctionner, car en plus d’avoir une vitesse d'obturation extrêmement lente, la diffraction limitera la netteté des images.
La diffraction est la légère perturbation qui affecte les ondes lumineuses lorsque celles-ci passent à proximité d’un obstacle opaque. Elle est causée par l'interférence des ondes lumineuses les unes avec les autres.
Imaginez que chaque point à l’avant d’une onde lumineuse est la source d’une onde circulaire. Si ce point est accompagné de part et d’autre d’un autre point, il est "coincé" et ne peut pas partir sur les côtés : il continue sa course vers l’avant. Si un point manque d’un côté (en raison d’un obstacle par exemple), alors l’onde lumineuse est libre de partir dans une autre direction, comme pour effectuer une boucle.
Seuls les rayons passant à proximité des lames du diaphragme sont donc diffractés. L’effet de la diffraction s’estompe progressivement en s’éloignant des bords. Ainsi, lorsque l'ouverture diminue, le pourcentage de lumière diffractée augmente, ce qui réduit la netteté de l'image.
Selon le théorème d'échantillonnage nyquist, le rayon du cercle flou devrait être légèrement supérieur à la moitié de la taille des pixels. Ainsi, la taille du cercle flou devrait légèrement dépasser la taille d'un pixel .
C'est pourquoi, lorsque la longueur focale et la taille du capteur sont les deux constantes, les caméras avec de petits pixels sont indésirables dans les applications où une grande profondeur de champ est requise. Plus ils sont petits, moins ils pardonnent avec les effets de flou.
D’un autre côté, si l'ouverture est trop grande, un autre effet optique vient affecter la qualité de l'image : les aberrations optiques, qu'elles soient sphériques ou chromatiques.
Avec une lentille sphérique, les rayons lumineux passant par les bords de la lentille ne convergent pas sur le même plan que les rayons passant par le centre, entraînant une perte de définition sur une partie de l'image : c'est l'aberration sphérique.
Ce phénomène est dû à la forme sphérique de la lentille.
L’aberration sphérique peut être évitée en utilisant une lentille asphérique (mais celle-ci reste encore assez chère à fabriquer !).
Pour en savoir plus sur ce phénomène, lisez notre page en anglais Aberrations of Optics.
Le contrôle précis du diaphragme appelé « Precise Iris » a été conçu pour surmonter tous les inconvénients que nous venons de mentionner.
Il règle automatiquement l'ouverture du diaphragme pour modifier la quantité de lumière atteignant le capteur, mais pas seulement...
Il améliore également la qualité de l’image.
Contrairement au contrôle automatique du diaphragme, les objectifs utilisées avec la solution P-Iris contiennent un moteur pas-à-pas qui règle l'ouverture. Le contrôle est ainsi beaucoup plus précis, le déplacement se faisant progressivement vers la position exacte, tout en communiquant son emplacement au logiciel. Les positions prédéfinies, nommées "f-numbers", sont celles où l'objectif est le plus performant, avec une distorsion optique minimale, pour les conditions extérieures du moment. C’est grâce à la combinaison de ce contrôle précis avec l'ajustement à certains paramètres du logiciel de la caméra que l’on obtient une image d'excellente qualité. Les ajustements de valeurs de gain, les réglages de l'exposition et du diaphragme doivent être finement équilibrés car des valeurs extrêmes peuvent entraîner des effets indésirables.
A gauche : des valeurs élevées de gain et de bruit commencent à devenir un problème. A droite : de longs temps de pose (vitesse d’obturateur lente) entraînent un flou cinétique.
... Le système P-Iris prend en même temps en compte les effets potentiels de diffraction et d’aberration (tout en limitant les valeurs extrêmes d’ouverture).
L’ensemble de ces paramètres...
Contrôle précis du diaphragme
Contrôle précis du diaphragme grâce à l'utilisation d'un moteur pas-à-pas avec un retour d'informations constant.
Contrôle de gain dynamique
Contrôle de gain dynamique pour garantir un niveau du signal d'image optimisé sans compromettre la qualité de l'image.
Exposition sensible
Les réglages sensibles de l'exposition assurent que la bonne quantité de lumière atteint le capteur tout en maintenant la netteté de l'image.
...rend le système P-Iris beaucoup plus précis que le simple système d’ouverture et de fermeture automatique du diaphragme en fonction des variations de lumière.
Les toutes dernières caméras de notre catalogue à être dotées d’un système avancé de contrôle automatique sont les caméras JAI de la série Spark.
Pour ces caméras, JAI a développé un système ALC (automatic level control), une fonction avancée de contrôle automatique d’exposition destinée aux applications de vision en extérieur où les changements de luminosité exigent un réglage complexe des paramètres. Une fonction particulièrement utile pour les applications de contrôle du trafic ou pour le secteur de la sécurité en général.
Le système ALC fournit un contrôle automatique de gain (CAG) ainsi qu’un contrôle automatique et précis du diaphragme permettant d’optimiser l’exposition tout en minimisant le bruit numérique et le flou cinétique.
Dans un environnement peu lumineux, le temps d’exposition est fixé à une valeur prédéfinie par l’utilisateur afin d’éviter un effet de flou cinétique. Simultanément, le gain est augmenté afin d’atteindre un niveau d'exposition correct, sans pour autant dépasser le niveau maximal de bruit acceptable.
À l'autre extrême, à mesure que la luminosité augmente, le gain diminue jusqu'à atteindre la valeur zéro, éliminant tout bruit numérique. Simultanément, le temps d'exposition s'ajuste afin d'atteindre le minimum acceptable.
L'interface ALC vous donne ainsi la flexibilité d’effectuer tous les réglages nécessaires adaptés aux conditions lumineuses changeantes. Vous pouvez également spécifier les zones de l’image que le système devra prendre en compte pour effectuer les calculs. Par exemple, dans des applications montées sur véhicule, vous pouvez éliminer les zones de l’image montrant le ciel lors des calculs. Vous pouvez également définir la vitesse à laquelle la caméra devra réagir aux changements de luminosité ainsi que le type d’algorithmes utilisés pour effectuer les calculs.
Demandez aux experts
Je m’appelle Claudio Sager, ingénieur technico-commercial spécialiste des caméras JAI chez STEMMER IMAGING.
N’hésitez pas à me contacter pour toutes questions concernant le système P-Iris ou les caméras JAI. Je suis à votre service !
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