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Depuis l’apparition du cinématographe développé par les frères lumière, les caméras ne cessent d’être améliorées (qualité de capture, fréquence de capture) et miniaturisées. À l’époque, les caméras ne se trouvaient bien entendu pas dans les foyers (en raison du prix et de la taille du dispositif) et étaient uniquement destinées aux professionnels. Elles ont depuis nettement évolué, en seulement un siècle, pour atteindre des tailles minuscules et une qualité d’image proches de celle de l’oeil humain (qui aurait une résolution équivalant à 576 mégapixels).

Principe de fonctionnement d’une caméra

Si l’on en reprend la description donnée sur Wikipédia, une caméra “est un appareil de prises de vues destiné à enregistrer ou à transmettre des images photographiques successives afin de restituer l’impression de mouvement […]”.

En effet, une caméra n’est pas très différente d’un appareil photo, puisqu’elle capture une grande quantité d’images avec une fréquence élevée, puis les “assemble” afin de recréer le mouvement de la scène capturée. La fréquence de capture (donnée en nombre d’images par seconde) dépend du type d’appareil. Sur la plupart des appareils numériques, cette fréquence est réglable entre un minimum et un maximum (limite matérielle et numérique). Il existe des modèles spéciaux capables de capturer une très grande quantité d’images par seconde, souvent spécialement conçues pour le cinéma et/ou la recherche.

Une caméra numérique se compose des éléments de base suivants :

  • L’objectif : tout appareil photo ou caméra possède un système de lentilles (l’objectif), qui permet la mise au point. Ainsi, la lumière arrive correctement sur le capteur. Il peut être à focale fixe ou variable (zoom), et posséder une ouverture plus ou moins grande.
  • La chambre noire : elle comporte un côté ouvert afin de permettre à la lumière émise par la scène de pénétrer, et d’un autre côté muni d’une surface sensible pour capturer cette lumière.
  • L’obturateur : il s’agit simplement d’une pièce électromécanique (pièce mécanique actionnée électroniquement) qui s’ouvre et se ferme. Elle permet de laisser passer la lumière pendant un certain temps avant de se refermer (temps d’obturation).
  • Le capteur : les appareils numériques possèdent un capteur photosensible, constitué de cellules photovoltaïques. Ces dernières mesurent l’intensité de la lumière et sa couleur, et transforment l’énergie électrique en courant électrique. En enregistrant l’intensité lumineuse reçue pour chaque point du capteur, une image est ainsi reproduite.
  • (Dispositif de stockage, ou mémoire) : toute caméra numérique dispose d’un dispositif de stockage interne et/ou externe (carte SD ou micro SD par exemple) afin d’enregistrer les vidéos capturées dans un format brut (haute qualité). Les progrès en matière de miniaturisation des supports de stockage ont aussi fortement contribué à la miniaturisation récente des caméras.

Miniaturisation des caméras

En plus de l’aspect qualitatif d’une caméra (importance d’obtenir une qualité d’image toujours plus élevée), il y a l’aspect miniaturisation.

Depuis les années 80-90, les dispositifs de capture d’image (objectifs) ainsi que les capteurs, ont grandement évolué pour atteindre un tout autre niveau et surtout, une toute autre taille. Des objectifs plus petits et de meilleure qualité, ainsi que des capteurs d’image permettant une capture de la lumière (et donc de la scène) toujours plus performants.

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En parallèle, il y a l’informatique (et donc la numérisation des dispositifs). Inutile de rappeler à quel point l’informatique (et les composants) ont évolué depuis les années 80. Les performances ont augmenté à vitesse grand v, sans parler de la miniaturisation des ordinateurs et autres systèmes électroniques.

Cette combinaison de développement technologique a permis de mettre au point des caméras toujours plus petites, tout en conservant une performance proche de celle des modèles plus grands.

Les applications des caméras miniaturisées commence par un dispositif portable que vous possédez tous : le téléphone portable (ou plutôt le smartphone). S’en suivent les applications plus spécifiques et moins habituelles, telles que les caméras espion ou embarquées (notamment sur des drones).

black hornet Nano hélicoptère miniature

L’hélicoptère miniature espion Black Hornet nano, muni d’un minuscule caméra haute résolution. Développé par Prox Dynamics, il est utilisé par les forces armées. Crédits : Richard Watt/MOD

Des caméras de la taille d’un grain de sel

Si vous aviez un appareil photo de la taille d’un grain de riz, cela serait considéré comme extrêmement petit, mais des chercheurs de l’Institut Fraunhofer en Allemagne ont créé un appareil photo de la taille d’un grain de sel.

microcamera grain de sel fraunhofer institute

La nouvelle microcaméra n’est pas plus grande qu’un grain de sel moulu. Par conséquent, elle s’intègre parfaitement à la pointe d’un endoscope. Crédits : Fraunhofer Institute

La plus petite caméra au monde mesure 1 x 1 x 1 millimètres, et permet de prendre des photos de 0.1 mégapixels (250 × 250 pixels). Ces caméras sont si peu coûteuses à réaliser qu’elles pourraient être jetables. Parmi les utilisations potentielles, on peut notamment citer l’exploration de l’intérieur du corps humain (endoscopie).

Comme toujours avec les appareils photo à petite ouverture et à petit capteur, la qualité d’image laisse à désirer, mais dans ce cas, il ne s’agit pas d’une application grand public et la qualité de l’image n’est pas une priorité. D’ailleurs, la caméra a été améliorée au fil du temps et permet aujourd’hui d’atteindre une résolution supérieure.

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