Optique

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Ici est un espace libre pour réfléchir ensemble au nouveaux système de captations d'images sous-marine inspiré du STAVIRO et du MICADO. N'oubliez-pas il suffit, de double-cliquer sur cette page pour en éditer le contenu.


Pré-conception

Dans un premier temps, nous souhaitons réduire le système optique à son minimum pour des question de poids, d?encombrement et de reproductibilité. Nous avons donc réfléchis à un système optique épuré constitué uniquement d?un capteur photo / vidéo et d?un objectif de focale comprise entre 6 et 9 mm.

La qualité de l?image doit être suffisante pour les besoins de Dominique Pelletier, à savoir une résolution vidéo en ultra HD et une bonne luminosité. Il s?agit là de besoins qui demandent un choix rigoureux du matériel, nous avons donc pour cela commandé une Pi-Cam HQ 12MP, un objectif raspberry 8mm et un adaptateur pour objectifs Nikon pour faire des essais avec les objectifs du reflex du Fab Lab.

Pour en savoir plus, consultez le PAD regroupant les premières notes de l'équipe optique ou le Forum
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1. Capteur

Pour un angle de champs données, il faut calculer un couple focale / taille de capteur.

Caractéristiques d'un capteur de caméra
  • Rapport de forme ou proportion Hauteur / Largeur 3/2 (reflex) VS 4/3 (compact)
    • Remarque : si on parle de full HD 1920 / 1080 (on est sur du 16/9) ? (on utilise pas une partie du capteur ? )
  • La taille du capteur est importante mais ne fait pas tout : c'est la densité de pixel qui est importante.
    • A résolution équivalente, un capteur plus grand est moins dense et potentiellement meilleur (la taille des pixels et plus grandes).
    • La taille donnée est souvent la diagonale du rectangle.
    • Sensibilité maximale (ISO)


2. Optique

  • a. Focale
  • La focale donne l'angle de prise de vue.
  • Une focale courte correspond à un grand angle de prise de vue.
  • Une focale longue correspond plutôt un téléobjectif.
  • Méfiance : habituellement les fabricants donnent des focales équivalentes aux anciens appareils argentiques.


L'angle de prise de vue est donné par la formule ci-contre.
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Exemple de calcul avec un capteur celui de la caméra Raspberry HQ de (type 1/2.3") et objectif 6mm.

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Il semble que l'idéal serait d'avoir un angle de champs proche de 60° à l'horizontale. (6 secteurs de 60°).

b. Ouverture
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Image d'après : https://apprendre-le-cinema.fr/louverture-en-photo/

  • Attention : plus le nombre est petit plus l'ouverture est grande.
  • L'ouverture a une influence sur la quantité de lumière captée et sur la profondeur de champs (partie de l'image nette).
  • Grande ouverture ? beaucoup de lumière mais faible profondeur de champs.
  • Petite ouverture ? moins de lumière mais plus grande profondeur de champs.

c. Mise au point
Le problème de l'autofocus ne se pose pas en vidéo sous-marine : celui-ci ferait la mise au point sur la moindre particule passant devant la caméra. La vidéo ne serait pas terrible et la caméra perdrait de l'énergie à faire tourner ce réglage.

  • Il faut fixer la distance de mise au point avant la mise à l'eau.
  • La distance mini de mise au point se trouve allongée (est-ce que cela a une importance dans le projet ?)
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(https://www.photomasub.com/page24.html)
On aurait besoin d'une zone de « nettet? minimale entre 2 et 5m.

d. Complément d'optique
La caméra actuelle utilise un hublot plan ... et un complément d'objectif dit "grand angle" (grossissement 0.7 ?)
Une piste pour l'utilité du complément d'optique de la caméra : compenser le fait que le hublot plan rétrécisse l'angle de prise de vue.
  • Le hublot :
    • Formes
      • On peut trouver des hublots plans ou sphériques. Les premiers sont plus adaptés à la macro et les seconds à la photo d'ambiance (grands angles).
Hublot plan
  • Avec un hublot plan, la réfraction des rayons (entre air et eau) « diminue » l'angle de l'objectif.
  • Avec un hublot plan l'objectif ne peut avoir un angle de prise de vue > environ 97° (les rayons sont réfléchis)
Hublot sphérique
  • Moins de déformation en grand angle
  • Plus fragile (exposé)
  • Idéalement, il faut placer le point nodal de l'objectif sur le centre d'un hublot sphérique.

  • Calculer / anticiper l'effet « zoom » du hublot plan. Si on tient à utiliser un hublot plan on doit pouvoir anticiper la déformation pour avoir au final les 60° de champs.
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3. Compléments d'informations

Sources https://www.photomasub.com/page10.html

4. Prototype version 1

1 Capteur
piCAM : https://www.kubii.fr/raspberry-pi-microbit/2950-camera-hq-officielle-3272496301474.html
le capteur sony de caméra Raspberry HQ :
https://www.sony-semicon.co.jp/products/common/pdf/IMX477-AACK_Flyer.pdf
Taille :  1/2.3" (~ 6.16 x 4.62 mm)
12 Méga pixels
2 objectifs candidats :
8mm focale fixe / ouverture à 1.4 / mise au point mini à 20cm (27 dans l'eau ?)
https://www.uctronics.com/arducam-50-degree-2-3-cs-mount-8mm-for-raspberry-pi-high-quality-camera.html

obj 6mm : https://www.kubii.fr/raspberry-pi-microbit/2952-lentille-grand-angle-officielle-6mm-3272496301498.html
obj 4mm monture CS : https://aico-lens.com/product/manual-iris-4-0mm-2mp-f2-c-mount-industrial-lens-ach0420mm/



Tutoriels probablement utile

https://www.framboise314.fr/camera-12-megapixels-a-objectif-cs-pour-le-raspberry-pi/
https://youtu.be/6kVqZAqRkHo