Qualité d image en PHOTO NUMÉRIQUE. 1. Capteur - Enregistrement des images

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1 Qualité d image en PHOTO NUMÉRIQUE 1. Capteur - Enregistrement des images

2 Photographie argentique L image est enregistrée par l effet de la lumière sur les grains d argent contenus dans la pellicule Il faut un traitement chimique pour révéler l image Il est pratiquement impossible à un amateur de tirer lui-même ses photos couleur

3 Photographie numérique L objectif forme une image sur le capteur. Cette image est échantillonnée et numérisée par le capteur. L image numérique est enregistrée sur une carte mémoire, dans un fichier.

4 Composants qui influent sur la qualité de l image L objectif Le capteur L enregistrement de l image numérisée

5 Qualité d une image photographique La qualité technique d une photographie dépend essentiellement de 4 facteurs : la résolution le contraste le bruit la restitution des couleurs L image A présente à la fois une bonne résolution, un bon contraste et un faible bruit

6 Qualité d une image photographique Résolution et contraste faible résolution bon contraste bonne résolution bon contraste bonne résolution faible contraste

7 Qualité d une image photographique Influence du bruit Le bruit se manifeste par des variations de luminance ou de couleur qui perturbent la perception de l image. Source : Le bruit est souvent dû à l électronique mais il peut aussi dépendre du sujet et de la prise de vue (voir cicontre)

8 Plan de l exposé 1. Capteur 2. Résolution 3. Bruit 4. Contraste 5. Qualité des couleurs 6. Enregistrement des images

9 Principe d un capteur Grains / Photosites

10 Principe d un capteur Capteur d image Le capteur est une lame de silicium sur laquelle est implantée une grille de circuits électroniques CMOS qui mesurent la lumière reçue. En 2009 les capteurs comportent entre 10 et 25 millions de circuits, les photosites. Chaque photosite est équivalent à un grain d argent dans un film.

11 Résolution La résolution dépend du nombre de photosites Chaque photosite fournit un pixel de l image. La résolution d une image se mesure en ppi, nombre de pixels par pouce 1 pouce (inch) = 2,54 cm

12 Résolution Résolution d un moniteur Un moniteur haute résolution (HD) comporte 1920x1080 pixels soit pixels Les dimensions typiques des pixels sont 0,28 ou 0,25 mm. Pas de 0,28 mm Nombre de pixels par centimètre = 10/0,28 = 35,7 p/cm par pouce = 25,4/0,28 = 91 ppi Pas de 0,25 mm Nombre de pixels par centimètre = 10/0,25 = 40 p/cm par pouce = 25,4/0,25 =102 ppi ppi = pixels per inch / 1 inch (pouce) =2,54 cm

13 Résolution Résolution d une image imprimée Combien faut-il de pixels pour imprimer une image? 300 ppi pour une photo seule 400 ppi pour une image contenant du texte (règles pratiques des imprimeurs) Tirage 20x30 en 300 ppi (1 inch = 2,54 cm) : longueur : 30 cm/2,54 x300 = 3543 pixels largeur : 20 cm/2,54 x300 = 2362 pixels Soit 3543 x 2362 = 8,4 Mpixels

14 Résolution Combien de pixels?

15 Utilisation des hautes sensibilité Photographie de sport, reportage Il faut utiliser des temps d exposition courts et compenser en augmentant la sensibilité. Le critère essentiel ici est le niveau de bruit en haute sensibilité. Le rapport Signal sur bruit (db) indique le niveau du bruit relativement à l information utile contenue dans l image (signal). 30 db donne une image excellente.

16 Bruit Bruit dans une image numérique Le bruit se manifeste par des variations aléatoires soit de luminance soit de couleur (bruit chromatique) qui perturbent la perception de l image. Le niveau de bruit est la caractéristique principale d un capteur d image car : il limite le contraste il limite aussi le nombre de couleurs enregistrables

17 Bruit Rapport signal sur bruit (SNR) Le niveau du bruit est mesuré en db par le rapport signal/bruit, en anglais SNR : Signal to Noise Ratio Si le SNR diminue de 6 db, le bruit est multiplié par 2 Entre les deux images : 42 db 12 db = 30 db = 6 db x 5 le bruit est multiplié par 2 5 = 512

18 Bruit Rapport signal sur bruit Niveaux de bruit du Nikon D5000 et du Canon 500D SNR = 33 db à 400 ISO SNR = 30 db à 800 ISO Le SNR diminue de 3 db environ quand la sensibilité est multipliée par 2

19 Bruit Les deux extrémités de la gamme des appareils testés par DxO Taille des pixels D3 (2007) : 8,4µm 565 (2008) : 1,7µm L écart entre les deux appareils à leur sensibilité ISO minimale est de 12 db : bruit multiplié par 2 2 = 4

20 Bruit Bruit et taille des photosites Le bruit augmente quand la quantité de lumière diminue donc quand la taille des photosites diminue. Canon 40D : 5,7 x 5,7 µm Canon 5D : 8,2 x 8,2 µm

21 Bruit Bruit et taille des photosites Niveaux de bruit du Canon 40D (2007) et du Canon 5D (2005) Le niveau de bruit du 5D est inférieur à celui du 40D. L écart augmente avec la sensibilité ISO : le 40D à 800 ISO est équivalent au 5D à 1600 ISO

22 Bruit Calculer la taille des photosites Exemple : Canon 40D Surface du capteur dimensions = 22,2 mm x 14,8 mm surface = 22,2 x 14,8 mm² = 328,56 mm² Surface d un photosite nombre de photosites = 10,1 M surface = 328,56 /10,1 mm²/m = 32,53 µm² Rappel : 1 mm = 1000 µm 1 mm² = µm² Taille d un photosite on admet que les photosites sont des carrés côté du carré = RacineCarrée(32,53) = 5,7 µm

23 Recherche du meilleur contraste : paysages Le trépied permet si nécessaire d utiliser un long temps d exposition : le bruit n est pas critique. Le critère essentiel ici est la recherche du contraste maximal. Le contraste d une photo est le rapport Luminance(zone la plus claire) / Luminance(zone la plus sombre) Il est mesuré en IL ou Ev (Exposure Value)

24 Contraste Dynamique d un capteur Pendant l exposition, chaque photosite accumule une charge électrique proportionnelle à la quantité de lumière reçue. La dynamique du capteur et le contraste des images dépendent de la charge maximale que peut cumuler un photosite

25 Contraste Dynamique théorique d un capteur La charge collectée par un photosite est mesurée et sa valeur est codée en binaire. La charge (ou la quantité de lumière) augmente exponentiellement avec le nombre de bits utilisés. Les capteurs utilisent-ils toute la dynamique théorique?

26 Contraste Contraste effectif d un bon capteur DxoLabs a analysé le contraste des capteurs existants en fonction de la sensibilité ISO. La dynamique maximale est de 12 bits. Elle diminue fortement quand la sensibilité ISO augmente.

27 Contraste Les deux extrémités de la gamme des appareils testés par DxO D3X : FX150 : pixel = 5,9 µm, contraste = 13,5 Ev pixel = 1,7 µm, contraste = 9,5 Ev

28 Contraste Dynamique de l œil humain Le contraste statique de la rétine est d environ 100:1 soit 6,5 bits Mais l œil analyse le champ de vision par balayage. En chaque point, l oeil s adapte à l intensité lumineuse par l ouverture de la pupille et par effet chimique. La dynamique de l œil atteint ainsi :1 soit 20 bits Elle est très supérieure à celle des capteurs actuels (12 bits)

29 Recherche de la meilleure couleur : photographie en studio L éclairage artificiel peut être dosé : le bruit n est pas critique. Le critère essentiel ici est la recherche des couleurs les plus riches. Le rendu des couleurs dépend de la profondeur de couleur qui mesure, en bits, le nombre de couleurs que l appareil peut enregistrer

30 Couleur Profondeur de couleur Nombre de bits utilisés pour coder les 3 couleurs R-V-B JPEG : 8 bits par couleur 24 bits 16,8 M de couleurs RAW : 12 bits par couleur 36 bits

31 Couleur Film / Capteur Un film couleur comporte trois couches sensibles au rouge, au vert et au bleu : chaque point enregistre simultanément les trois couleurs. Les photosites d un capteur ne mesurent que la quantité de lumière reçue (niveaux de gris)

32 Couleur Principe d un photosite Un photosite est un circuit électronique gravé dans le silicium qui mesure la quantité de lumière reçue Une microlentille concentre la lumière dans le photosite. Le capteur contient autant de photosites que de pixels.

33 Couleur Production des couleurs La surface du capteur est recouverte d un filtre (filtre de Bayer) Chaque photosite ne voit que la couleur transmise par son filtre

34 Couleur Dématriçage Dématricer, c est estimer la couleur reçue par un photosite : à partir des mesures de la lumière des photosites les plus proches en tenant compte des caractéristiques du filtre de Bayer

35 Couleur Qualité des couleurs Aucun appareil actuel n est capable d utiliser toute la profondeur de couleur disponible : 24 bits en JPEG 36 bits en RAW 26 bits PhaseOne P65 (2008) $ US 15 bits Compact d entrée de gamme 100

36 Couleur Les deux extrémités de la gamme des appareils testés par DxO

37 Couleur Influence de la qualité du filtre de Bayer Selon dxomark.com, la différence de qualité des couleurs de ces deux APN est due au filtre de Bayer.

38 Enregistrement Enregistrement d une image 2 types de fichier images : tous les appareils enregistrent en JPEG certains appareils permettent en plus d enregistrer en RAW

39 Enregistrement Fichier JPEG JPEG = Joint Photographic Experts Group Le JPEG permet de réduire considérablement la taille des images numériques, mais la qualité de l image se dégrade quand la compression augmente Plusieurs qualités Taux de compression différents : Fine faible compression Basic compression élevée

40 Enregistrement JPEG : compression avec perte Toujours enregistrer avec la qualité maximale Si l image est modifiée avec Photoshop ou GIMP l enregistrer dans un format sans perte (psd, tif )

41 Enregistrement Fichier Raw Enregistrer ses images en Raw permet de conserver toute l information enregistrée par le capteur pour un traitement ultérieur

42 Conclusion Cet exposé s appuie en grande partie sur les données publiées sur le site : Vous trouverez là une quantité de renseignements sur les capteurs des APN commercialisés depuis 2003 et capables d enregistrer en RAW. Indispensable si vous souhaitez acheter un appareil!

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