Sujet Physique-Chimie — Terminale — Nouvelle-Calédonie — Bac 2015

EXERCICE 1- LE SMARTPHONE, L'OUTIL MULTIMÉDIA (6 points) 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: = ~ 1eV 1,60 X 10-19J ; = ~ constante de Planck h 6,63 x 10-34J.s ; = ~ 1octet 8 bits. 1.Du capteur à l'image numérique Du capteur à l'image en couleurs Le capteur La plupart des téléphones portables sont équipés d'un appareil photographique numérique doté d'un capteur de lumière. Ce capteur se présente sous forme d'un quadrillage de cellules photosensibles appelées photosites. Chaque photosite est constitué d'une photodiode à base de silicium, capable d'absorber les photons d'énergie supérieure à 1,14 eV. Par effet photoélectrique, ces photons absorbés sont à l'origine d'un signal électrique proportionnel à la quantité de lumière reçue. Ce signal analogique est ensuite numérisé grâce à un convertisseur analogique numérique puis traité avant d'être stocké en mémoire. L'image en noir et blanc Si l'on utilisait directement les données fournies par le capteur, on obtiendrait une image en niveau de gris codé sur 8 bits qui s'étendrait du noir au blanc (le noir est associé à la valeur 0, tandis que le blanc est associé à lavaleur 255 en décimal). L'image en couleurs Pour obtenir une image en couleurs, on place devant le capteur une matrice de Bayer (figure 1). Cette matrice est constituée d'une mosaïque de filtres colorés: rouge (R), vert M,et bleu (B), les trois couleurs primaires de la synthèse additive. Avec cette matrice, chaque photosite est recouvert d'un filtre de couleur rouge, vert ou bleu selon la disposition donnée en figure 1. Ainsi pour chaque photosite, on code sur 8 bits l'intensité lumineuse associée à une seule des trois composantes RVB de la lumière, les deux autres étant ignorées (figure 2). MatricedeBayer RVB RVB RVB \ ~H .,~. H. Rayonnement incident lM V Filtrtj Photosite " 1 " Photosite Figure 1.La matrice de Bayer Figure 2. Caractéristiques des filtres R,V, B Afin de reconstituer l'image en couleurs, on associe à chaque photosite un pixel auquel on attribue un codage RVB constitué de trois