Matrices de filtres colorés et démosaïquage : une approche de la restitution du détail en numérique

Résumé : La restitution de la couleur et du détail a toujours été au centre des attentions des acteurs de l’industrie cinématographique. Nous nous proposons dans ce mémoire de faire un tour d’horizon sur le sujet de la restitution du détail (coloré ou non) dans la chaîne de traitements du cinéma numérique.
Plus particulièrement, nous nous intéresserons à la restitution du détail et la reconstruction de l’information colorée au travers du système matrice de filtre coloré – capteur – dématriçage.
Nous regarderons du côté de l’histoire des techniques pour comprendre l’origine de deux technologies modernes majeures pour la captation d’image que sont le capteur CMOS et les matrices de Bayer et nous expliquerons les enjeux et les fonctionnements de ces technologies.
Nous regarderons du côté de la recherche pour comprendre, expliquer et évaluer le démosaïquage, étape corollaire à l’utilisation de matrices de filtres colorés telles que celle proposée par Bryce E. Bayer.
Nous mettrons en pratique nos nouvelles connaissances avec l’usage d’algorithmes de démosaïquage. Nous regarderons s’il existe des différences de rendu avec des images fournies par les fabricants. Nous tournerons des essais qui auront pour but d’une part de mettre en défaut les algorithmes proposés par un fabricant de caméra et d’autre part de vérifier si ces algorithmes peuvent avoir une réelle influence sur le rendu final de l’image.
Enfin, nous conclurons s’il convient de prendre en compte ces nouvelles données au moment de tourner.

Mots-clés : Débayerisation, Démosaïquage, Dématriçage, Bayer, Algorithme, Capteur, CMOS, Raw, Couleur, Détail, Définition

Abstract : The color and detail restitution were always in the center of attention of the cinematographic industry. We suggest in this thesis to give an overview on the detail restitution (colored or not) in the digital cinema processing chain.
We will focus more specifically on the detail restitution and the reconstruction of colored information through the color filter matrix system – sensor – demosaicing.
We will look at the history of techniques to understand the origin of the CMOS sensor and Bayer matrices technologies CMOS, and we will explain the issues and the operation of these technologies.
We will look at the research side to understand, explain, and evaluate demosaicing, a corollary step of the use of color filter matrices such as proposed by Bryce E. Bayer.
Finally, we will put our new knowledge into practice with the use of demosaicing algorithms. We’ll see if there are any differences in rendering with images provided by the manufacturers. We will shoot tests that aim on the one hand to fault the algorithms proposed by a camera manufacturer and on the other hand to check if these algorithms can have a real influence on the final rendering of the image.
Finally, we will conclude whether to take into account these new data when shooting a film.

Keywords : Debayering, Demosaicing, Bayer, Algorithm, Sensor, CMOS, Raw, Color, Detail, Resolution