Dans la série "j'aime bien savoir comment fonctionne mon APN", après les iso, voici une explication du pourquoi du comment du filtre passe-bas sur les capteurs.

Tout d'abord, il est utile de rappeler que tous les APN n'ont pas cette "fonctionnalité" vu que c'est une partie assez onéreuse du capteur et assez difficile à mettre proprement en oeuvre. Les reflex en sont par contre vraisemblablement tous équipés.

Les capteurs des reflex sont le plus souvent équipés de deux types de filtres. Un filtre en longueur d'onde qui coupe les infra-rouges (IR) et ultra-violets (UV) indésirables et un filtre passe-bas.

N.b.: le filtre qui coupe les IR empèche d'ailleurs sur certains capteurs de pouvoir faire de la photo proche infra-rouge qui rend les feuilles des arbres blanches et les ciels noirs... mais ce n'est pas le sujet de cet article


Le capteur d'un APN est composé de pixels dont chacun est composé de sous-pixels rouge-vert-bleu. A ces trois sous-pixels s'ajoute éventuellement sur certains capteurs un sous-pixel supplémentaire achromatique destiné aux basses lumières (comme pour l'oeil humain d'une certaine manière : voir le rôle des bâtonnets).

Mais cette structure a certains défauts !


1. Artefacts

Pour simplifier l'explication on va prendre un capteur qui est une bande de pixels, et chaque pixel ne va avoir que deux sous-pixels rouge et vert. Le pricinpe reste exactement le même pour un capteur qui a des pixels ordonnés en mosaïque, avec 3 sous-pixels (ou plus) chacun.

Notre capteur va donc se présenter comme ceci :



Rouge + Vert = Jaune,
donc on va essayer de voir des bandes jaunes (qui alternent avec des bandes noires) avec ce dispositif.

On se place dans une situation de macrophoto avec un rapport 1:1, comme ça ça simplifie les calculs pour les distances entre deux bandes. une distance (latérale, i.e. par exemple entre deux bandes) sur l'objet = cette même distance sur le capteur.

Voici l'objet que l'on va essayer de photographier :



On appelle L la distance entre deux bandes.
On appellera i la largeur d'un pixel composé de deux sous-pixels.

Lorsque L = 2 x i
tout se passe bien :



Si on recompose ce qui est enregistré par le capteur, on obtient bien une alternance de deux jaunes, deux noirs, deux jaunes etc.

Par contre, lorsque par exemple L vaut deux fois et demi i, on obtient ceci :



Et alors si on recompose ce qui est enregistré par le capteur, on obtient :



Des pixels verts commencent à apparaître...

avec le même rapport entre L et i, on aurait aussi obtenir ceci :



et la recomposition aurait donné :



Des pixels verts foncé et rouges foncé apparaissent...

Ces phénomènes sont très gênants dès que l'on essaie de photographier des objets qui ont des motifs périodiques. Mais en réalité, on est même gêné dès qu'on photographie un objet contrasté. Dès qu'il y a un passage noir > blanc par exemple, on a un risque de voir apparaître des irisations (un peu similaires à des irisations dues à des aberrations chromatiques).

Heureusement, les constructeurs ont su mettre en oeuvre un filtre qui attenue très fortement ce phénomène. On l'appelle filtre passe-bas ou bien filtre anti-aliasing.

2. Le filtre anti-aliasing (A-A) ou filtre passe-bas

N.b.: attention, ici "passe-bas" sous-entend passe-bas spatial (donc lissage), ce qui n'a rien à voir avec un filtre passe-bas en audio qui correspondrait en optique à un filtre qui laisserait uniquement passer par exemple le rouge (ondes à basses fréquences en optique du visible) ou bien qui couperait les UV en ne laissant passer que le visible (qui est en basses fréquences en comparaison aux UV).

Le principe de ce filtre est d'étaler la lumière qui arrive sur un sous-pixel pour qu'elle recouvre un pixel entier. Ainsi, les artefacts décrits précédemment sont très largement attenués.
Son fonctionnement est en général basé sur des principes de polarisation de lumière. Le résultat est qu'un faisceau lumineux est divisé en deux faisceaux formant un très léger angle :



Etant donné que ce système (de formation du second rayon) est souvent basé sur la polarisation de la lumière qui arrive sur le capteur, on s'étonne donc moins que le capteur du 350D de canon annonce un filtre polarisant devant son capteur. Cela fait partie de son filtre passe-bas. C'est néanmoins je crois un cas isolé qui ne vaut pas pour les autres APN.
Pour le vérifier ceci sur votre propre APN, il suffit de viser son écran plat d'ordinateur avec l'appareil photo et de prendre des photos successives en inclinant le boitier de 45° supplémentaires à chaque fois. Si aucune image n'est noire, c'est que le capteur ne comporte pas de filtre polarisant.


Pour conclure
Cet article n'entre sciemment pas dans les détails techniques, l'idée étant de donner un aperçu du fonctionnement du passe-bas des capteurs, plutôt que de décrire de façon scientifique ce fonctionnement.
J'essaierai autant que possible de répondre aux éventuelles questions...