Energie d'un pixel en photographie

[Pareidolie]

Bonjour à toutes et tous, je suis artiste photographe et je m'intéresse au "potentiel électrique" d'une photographie, autrement dit : l'effet photoélectrique et son impact sur l'image finale.
Je ne suis cependant pas mathématicien et je bute dès que les formules arrivent dans la partie.

La question que je veux vous poser est la suivante : serait-il possible,(en théorie) de connaitre l'énergie (en joule) d'un pixel ?
En prenant comme logique le nombre de photons arrivant sur un pixel ( j'ai trouvé un exercice avec 10 puissance 6 photons pour un pixel d'un capteur CCD de 18x13,5mm) et la fréquence des photons dans le pixel ( par exemple jaune de 612nm, donc 5ev) je trouve donc 50 puissance 6 électrons-volts pour un pixel, mais je ne comprends pas le chiffre converti en Joule par contre.

Seconde question : Si je peux calculer l'énergie d'un pixel, puis je le faire avec tous les autres, et par conséquent dire qu'une photographie possède une énergie résultant de toutes ces énergies additionnées ?

Si certain.es ont des idées, merci d'avance
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[jiherve]

bonsoir
ben si tu cherches "electronvolt joules" tu auras une partie de tes réponses.
çà fait pas bezeff.
JR

[coussin]

Petite remarque : 5 x 10 puissance 6 n'est pas 50 puissance 6 (mais peut-être est-ce un raccourci de langage...)
Ensuite, 1 eV est 1.6 x 10 puissance -19 joule et finalement, oui vous pouvez additionner pour tous les pixels

[Pio2001]

La question que je veux vous poser est la suivante : serait-il possible,(en théorie) de connaitre l'énergie (en joule) d'un pixel ?

L'énergie reçue par un photosite ? Oui. Je vois deux façons d'y arriver. Celle que tu proposes, et qui donnera l'énergie de la lumière ayant contribué à former l'image, et l'autre serait de mesurer la hausse de température, ce qui donnera l'énergie totale, lumière visible et invisible comprises.

En prenant comme logique le nombre de photons arrivant sur un pixel ( j'ai trouvé un exercice avec 10 puissance 6 photons pour un pixel d'un capteur CCD de 18x13,5mm) et la fréquence des photons dans le pixel ( par exemple jaune de 612nm, donc 5ev) je trouve donc 50 puissance 6 électrons-volts pour un pixel, mais je ne comprends pas le chiffre converti en Joule par contre.

10 puissance 6, ça fait 1 million.
Multiplié par 5 ev, cela ferait 5 millions d'ev. Mais en fait un photon jaune de 612 nanomètres a une énergie de 2 ev, et pas 5.

En joules, cela fait 3.2 x 10^-19, c'est-à-dire 0.00000000000000000032 joules.

Seconde question : Si je peux calculer l'énergie d'un pixel, puis je le faire avec tous les autres, et par conséquent dire qu'une photographie possède une énergie résultant de toutes ces énergies additionnées ?

Oui, tout-à-fait.

Si certain.es ont des idées, merci d'avance

Plutôt que de partir sur un chiffre probablement faux de 1 million, il faudrait chercher du côté des définitions du lumen, du lux et du candela, qui sont les unités utilisées pour mesurer la quantité de lumière. On pourrait alors faire le lien entre la lumière du jour et l'énergie lumineuse reçue. Idem pour différentes ambiances lumineuses.

Ensuite, il y aura encore du travail pour comptabiliser le rôle du diaphragme de l'appareil photo, qui laisse rentrer plus ou moins de lumière. Puis le temps de pause d'une photo.
Ensuite, estimer le pourcentage de l'image transmise par l'objectif et qui déborde du capteur de l'appareil.

Autre piste beaucoup plus directe : trouver le lien entre la sensibilité ISO et l'énergie reçue par le capteur. La sensibilité ISO est en effet directement liée à cela : pour un nombre d'ISO donné, une photo (pas trop noire, pas trop blanche) reçoit toujours la même énergie lumineuse par mm carré. Il ne reste plus qu'à multiplier par la surface du capteur.

[A voir en vidéo sur Futura]

[RomVi]

Bonjour

Pour calculer "l’énergie d'un pixel" il faut prendre e compte plusieurs données :
- Le rendement quantique du capteur, qui correspond au rapport des photons captées sur les photons qui arrivent à sa surface
- La saturation du pixel (la valeur qui varie de 0 à 255 en RGB)
- La résolution du capteur, généralement 10 ou 12 bits, mais il existe des 8 bits (webcam) ou 16 bits (camera d'astro).
- L’énergie de la longueur d'onde du photon

Si un pixel vert est à 90% de sa saturation, avec une résolution de 12 bits et un rendement quantique de 50% alors il aura capté une énergie équivalente à environ 2 eV /50% * 90% * 2^12
Pour convertir en joules il faut diviser le résultat obtenu par 1.6 * 10^19

[Pio2001]

J'ai regardé la piste des ISO : on a des données ici :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Sensibilit%C3%A9_ISO

On définit S, la sensibilité ISO, par S = (0,8 lx·s) / Hm

Et ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Lux_(unit%C3%A9)

Compte tenu des caractéristiques de la vision photopique chez les êtres humains, il n'y a pas de facteur de conversion unique entre le lux (lumen par mètre carré) et le watt par mètre carré, mais des facteurs de conversion différents pour chaque longueur d'onde ; pour une couleur vert-jaune, par exemple, un éclairement énergétique de 1 W m−2 correspond à 683 lux, tandis que pour du rouge ou du bleu, il s'agit de moins de 50 lux.

[agitateur]

quand bien même il subsiste une marge d'erreur de 1 à 10, je trouve l'idée de l'iso / lux très très astucieuse.
Et d'office, la méthode dégage les autres biais en amont, ce qui n'est pas rien.

[f6bes]

La question que je veux vous poser est la suivante : serait-il possible,(en théorie) de connaitre l'énergie (en joule) d'un pixel ?
En prenant comme logique le nombre de photons arrivant sur un pixel ( j'ai trouvé un exercice avec 10 puissance 6 photons pour un pixel d'un capteur CCD de 18x13,5mm) et la fréquence des photons dans le pixel ( par exemple jaune de 612nm, donc 5ev) je trouve donc 50 puissance 6 électrons-volts pour un pixel, mais je ne comprends pas le chiffre converti en Joule par contre.

Bjr à toi, ATTENTION , il ne faudrait pas croire qu'un PIXEL est une "unité" figée.
Un pixel a une dimension qui dépend de la constitution de celuiçi !
Une pixel peut faire 0.5mm x 0.75mm ou dix fois plus petit ou dix fois plus grand !

Ce qui fait que le nombre de photons par pixel est trés loin d'etre identique.
Bonne journée

[albanxiii]

Bonjour,

l'effet photoélectrique et son impact sur l'image finale.

Vous remarquerez que personne n'a répondu à cette question. Pour une bonne raison, l'effet photoélectrique n'intervient pas. Cela va sans dire, mais ça va mieux en le disant quand la personne qui pose la question n'a pas de formation en physique.

[albanxiii]

- La saturation du pixel (la valeur qui varie de 0 à 255 en RGB)
- La résolution du capteur, généralement 10 ou 12 bits, mais il existe des 8 bits (webcam) ou 16 bits (camera d'astro).

Donc, pas 255, mais 2^(bits)-1
Il n'y a pas que 8 ou 16 bits, par exemple les capteurs CMOS 10 ou 12 bits par pixel sont très répandus, ou encore les normes SMPTE qui sont écrites pour des vidéos en 8, 10 ou 12 bits par pixel.

[Pareidolie]

Merci beaucoup pour toutes vos réponses, c'est inestimable Je vais travailler sur toutes celles-ci et je reviens vers vous ensuite.
Bonne journée à vous tou.tes

[jacknicklaus]

Bonjour,

Un pixel a une dimension qui dépend de la constitution de celui !
Une pixel peut faire 0.5mm x 0.75mm ou dix fois plus petit ou dix fois plus grand !

Confusion, très fréquente, entre "pixel" et "photosite".

Techniquement, un capteur est un assemblage de photosites : une photodiode capable de générer un courant en absorbant un photon d'énergie au moins 1.19 eV

Ensuite, des filtres et un algorithme assurent la transformation entre courant électrique d'un photosite et pixel, qui est une notion logicielle. La technologie la plus répandue (il en existe d'autres, par exemple les capteurs Foveon, chez Sigma) recours à des matrices de Bayer : Chaque groupe de 4 photosites est doté de filtres qui ne laissent passer qu'une couleur parmi rouge, vert, bleu. Avec 2 photosites dédiés au vert, un au rouge, un au bleu.

Mais celà ne signifie pas pour autant qu'il y a 4 fois plus de photosites que de pixels. En effet l'algorithme d'interpolation utilise un même photosite dans le calcul de 4 pixels. Ainsi (sauf sur les bords), l’algorithme génère le même nombre de pixels que de photosites. Et de plus, chaque fabriquant a sa propre recette pour traiter les pixels de l'image "brute" RVB délivrée par le capteur, mais ca nous entrainerait loin du questionnement de ce fil.

Tout celà pour dire : le pixel est une notion logicielle, les composants physiques qu'on peut voir au microscope sont les photosites.

[RomVi]

Donc, pas 255, mais 2^(bits)-1
Il n'y a pas que 8 ou 16 bits, par exemple les capteurs CMOS 10 ou 12 bits par pixel sont très répandus, ou encore les normes SMPTE qui sont écrites pour des vidéos en 8, 10 ou 12 bits par pixel.

Relis mon message...

[Pio2001]

Photographie numérique
[...]
Standard output sensitivity (SOS) est définie comme S(SOS) = (10 lx⋅s)/H(SOS), où H(SOS) est l'exposition qui produit la valeur numérique 118 (soit 18 % de luminance) sur les pixels d'un fichier sRGB 8 bits ;

Prenons une photo à 100 ISO. La formule donne

100 = 10/H(SOS)
H(SOS) = 10/100 = 0.1 lx.s

pour une couleur vert-jaune, par exemple, un éclairement énergétique de 1 W m−2 correspond à 683 lux, tandis que pour du rouge ou du bleu, il s'agit de moins de 50 lux.

Pour une photo jaune, le capteur aura reçu

0.1 / 683 = 0,00015 Ws/m²

Pour une photo bleue ou rouge, cela sera

0.1 / 50 = 0.002 Ws/m²

Or un watt-seconde, c'est une joule. Le capteur a donc reçu entre 0.002 et 0.00015 J/m2 de lumière.

Reste à multiplier par l'aire du capteur en mètres carrés pour avoir l'énergie reçue pour une photo exposée à 18% à 100 ISO.

[RomVi]

Le soucis c'est que tout ce raisonnement ne fonctionne pas...
En numérique le capteur a une taille variable. Si on fait la même photo avec un smartphone, qui a un tout petit capteur, et un reflex full frame qui en a un beaucoup plus gros la photo aura la même exposition pour un ISO identique. Pourtant les capteurs, et les photosites, recevront une quantité de lumière très différente.
La réponse des capteurs est différente pour le gain unitaire, mais un amplificateur ajuste le niveau de l'image en sortie pour correspondre à la bonne valeur d'ISO.

[Pio2001]

En numérique le capteur a une taille variable.

Les valeurs sont données en joules par mètre carré de capteur.
Comme je le dis, il faut multiplier par la taille du capteur pour connaître l'énergie reçue.

La réponse des capteurs est différente pour le gain unitaire, mais un amplificateur ajuste le niveau de l'image en sortie pour correspondre à la bonne valeur d'ISO.

...de sorte que la même photo se fait en utilisant la même énergie par unité de surface. Les capteurs moins sensibles sont davantage amplifiés.

[RomVi]

Effectivement dans ce cas ça marche, désolé j'ai lu un peu trop vite...

[Jemangemonchapeau]

Je ne sais si cela entre en considération pour ce sujet, mais le système belge qui fournit les images sur une télévision (système voo corder) fait un bruit de fond permanent quand les images sont produites. Ce bruit est de plus en plus accentué au fur et à mesure qu'il y a un nombre de pixels qui "émettent" du blanc sur la télé, plutôt que des couleurs sombres. Le bruit de fond est-il dû à une quelconque quantité dénergie.. sur les pixels eux-mêmes ? Merci.