Le
smartphone,
outil multimédia. Bac S Nlle Calédonie 2015
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De
nos
jours, le smartphone est devenu un outil multimédia de plus en plus
apprécié. À lui seul, il combine toutes les fonctionnalités
«high-tech)} du moment: téléphone mobile, appareil photo, courriels,
internet. ..Ses applications et sa compacité font de lui l'appareil
multimédia le plus utilisé.
Le but de cet exercice est d'étudier le principe de fonctionnement du
capteur de l'appareil photo intégré dans le smartphone, puis les
caractéristiques de l'image numérique obtenue.
Données:
1 eV = 1,60 X 10-19 J ;
constante de Planck h = 6,63 x 10-34 J.s ; 1
octet = 8 bits.
1.1. Le schéma suivant représente la
chaîne de
conversion du rayonnement incident filtré en un signal numérique dans
l'appareil photo numérique. Compléter ce schéma en choisissant les
termes pertinents dans la liste de mots suivante :
Filtre -
Matrice de Bayer
- Signal analogique - Convertisseur analogique-numérique - Photosite -
Photons.
1.2. Déterminer la
valeur maximale de la longueur d'onde dans le vide de l'onde détectée
par le capteur.
A quel domaine spectral
appartient cette radiation ?
Chaque photosite est constitué d'une photodiode à base de silicium,
capable d'absorber les
photons d'énergie supérieure à 1,14 eV.
E=1,14 eV =
1,14 *1,60 10-19 =1,824 10-19 J.
l = h c / E =6,63 10-34 *3,00 108 / (1,824 10-19)=1,09 10-6 m=1,09 µm
.
La longueur
d'onde dans le vide étant supérieure à 0,8 µm, la radiation appartient
au proche infrarouge.
1.3. Les courbes
ci-dessous représentent la réponse spectrale de quatre photodétecteurs.
Identifier celle associée
au capteur de
l'appareil photo d'un smartphone. Justifier votre réponse.
Le capteur détecte des ondes dont la longueur d'onde est inférieure à
1,09 µm. La réponse spectale doit être importante pour une longueur
d'onde inférieure à 1,09 µm.
La
figure c est la plus appropriée.
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1.4. Déterminer la
couleur affichée par le pixel central de la figure ci-dessous.
Justifier votre réponse.
La
valeur de codage correspondant au rouge est obtenue par la moyenne des
4 pixels rouges voisins soit :(253+198+243+234)/4 = 232.
La valeur de
codage correspondant au vert est obtenue par la moyenne des 4 pixels
verts voisins soit :(25+62+32+45)/4 = 41.
La valeur de
codage correspondant au bleu est donnée par la valeur du pixel central,
soit 209.
Dans l’encodage « RGB 24 bits » le
plus standard (ou RVB), chaque pixel est représenté par 3 nombres de 0
à 255, représentant les intensités lumineuses respectivement de la
composante rouge, verte et bleue, de la lumière captée.
Dans ce type de codage, un pixel représenté par les nombres
(232,41,209) correspond à une lumière magenta.
Le bleu et
le rouge ont a peu près les mêmes fortes intensités ; le vert a une
faible intensité. Le mélange du bleu et du rouge donne du magenta en
synthèse additive.
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Résolution
d'une image numérique.
Caractéristiques d'une image numérique :
Une image numérique se présente sous la forme d'un quadrillage dont
chaque case est un pixel de forme carrée. Une image numérique est
caractérisée par :
- ses dimensions données par sa largeur l et sa
hauteur h;
- sa définition, indiquant le nombre total de pixels qui composent
l'image;
- sa résolution, égale au nombre de pixels par unité de longueur.
Une image est dite de ({ qualité photo » lorsque la taille des pixels
est suffisamment petite pour que l'oeil ne perçoive pas le damier de
pixellisation.
2.1.
Une photo prise avec une définition de 8 Mpixels a un poids de 1,3 Mo.
En déduire le nombre de photos de ce type que l'on peut stocker sur une
carte mémoire de 16 Go.
16 103 / 1,3 ~1,2 104.
On considère qu'un oeil peut distinguer deux points séparés lorsque les
rayons lumineux issus de ces deux points arrivent dans l'oeil avec un
angle
supérieur à 3,0 x 10-4 rad. Dans le cas
contraire, l'oeil ne distinguera pas ces deux points qui paraîtront
confondus.
On souhaite prendre une photo destinée à être imprimée en ({ qualité
photo » dont les dimensions en largeur et hauteur sont 15 cm x 11,5 cm.
La photo est destinée à être observée à une distance de 30 cm.
2.2.
Quelle définition choisir pour que l'image ait la «qualité photo » et
qu'elle occupe le moins de place mémoire possible ?
Taille minimale d'un pixel : D tan a ~D a =
0,30 *3,0 10-4 = 9,0 10-5
m.
Nombre de pixels en largeur : 0,15 / (9,0 10-5)~1,7 103.
Nombre de pixel en hauteur : 0,115 / (9,0 10-5)~1,3 103.
On pourra choisir la définition 2048 x 1536 pixels (
3 Mpixels).
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