IMAGES NUMERIQUES PHOTOGRAPHIE NUMERIQUE

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1 IMAGES NUMERIQUES PHOTOGRAPHIE NUMERIQUE V Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 1

2 IMAGES NUMERIQUES PHOTOGRAPHIE NUMERIQUE Ce document est composé de trois parties : La première partie fournie quelques notions de base sur les images numériques. Poids des images. Principe de fonctionnement des imprimantes laser et jet d encre. Résolution, linéature dpi, lpi... Physiologie de l œil et résolution. Facteur d échelle. Scanners à plat et scanners de diapos. (réflexion et transmission) Format de compression. Problème de moiré. Impression. La deuxième partie fait le point sur les caractéristiques et les limitations des appareils photographiques numériques (APN) : Cette partie est très technique. Capteur CCD - résolution - sensibilité - sensibilité spectrale. Influence des différents types de bruit. CCD et Trichromie. Gain et sensibilité. Profondeur de champ. Diffraction Dynamique Focale équivalente Stockage. Autonomie électrique. Ergonomie. La troisième partie rassemble : Une liste d utilitaires indispensables en infographie. Le calcul théorique de la profondeur de champ. Une galerie de photos.(pour la version couleur de ce document) Tous les tests et photos sont disponibles sur Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 2

3 Poids d une image La caractéristique principale d une image est son poids : c est à dire, la taille informatique du fichier image Poids = Largeur Hauteur Profondeur La profondeur dépend du nombre de couleurs de l image. La couleur peut être codée sur : 1 bit = image en noir et blanc appelée aussi image au trait. 8 bits = 1 octet : 2 8 = 256 possibilités de nuances de gris ou 256 couleurs (GIF) 24bits = 3 octets : 2 24 =16 Millions de couleurs. En 24 bits, chaque composante de la couleur: R(ouge), V(ert) et B(leu) est codée sur 8 bits. Les images JPEG sont codées sur 24 bits. Tous les photoscopes délivrent des photos en 24 bits. 30 bits : 2 30 = 1 milliard de couleurs 36 bits : 2 36 = 68 milliards de couleurs (pour les meilleurs scanners) Une image en 256 couleurs ou en 256 niveaux de gris pèse = 250 ko Une image en millions de couleurs pèse = 3,8 Mo Une image provenant d un appareil photo Tri-Megapixels pèse Μο Les tailles courantes d images provenant d un appareil photo numérique sont : Longueur Hauteur Poids Nb de pixels Dénomination effectifs ,49 Mo 1,92 MPixels Bi-megapixel (UXGA) Mo 3,14 MPixels Tri-megapixel (SUXGA) Mo 3,9 MPixels 4,1-Megapixel Mo 4,9 MPixels 5,2-Megapixels Mo 6 MPixels 6 MPixels Mo 10 MPixels 10 MPixels Mo 12 MPixels 12 MPixels A titre de comparaison, une bonne émulsion photo capture l équivalent de 25 millions de pixels ( pixels) ce qui correspondrait à un fichier d environ 75 Mo! Le nombre de pixels effectifs peut être inférieur au nombre de pixels total du capteur. Imprimantes laser principe laser : Le fonctionnement de ces imprimantes, proche de la technologie des photocopieurs, consiste au balayage par laser d'un rouleau photosensible. Le tambour préalablement entièrement chargé se décharge ponctuellement au passage du rayon laser dévié par plusieurs lentilles et un miroir octogonal tournant, provoquant le balayage de la feuille. Les fines particules de toner n adhèrent qu aux emplacements du tambour où le laser a provoqué les décharges. - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 3

4 Cette encre sera ensuite incrustée dans le papier par action de la chaleur produite par des rouleaux prenant en charge la feuille. La qualité de l impression est très supérieure à celle des imprimantes à jet d encre car l encre ne diffuse pas : on peut imprimer même sur du papier buvard avec d excellents résultats. De plus l encre «cuite» résiste bien plus longtemps au rayonnement lumineux. Qualité, rapidité, économie. Ci-contre CANON LBP-810: 8 vraies pages à la minute. Ce qui est exceptionnel pour une imprimante sans processeur (pas compatible LINUX) Double connectique permettant de la brancher en même temps sur deux ordinateurs différents: ordinateur de bureau sur port parallèle, ordinateur portable sur port USB (à condition de ne pas imprimer simultanément) Canon LBP-810 : très rapide : testée, approuvée et achetée Les lasers impriment vite et bien. Le coût de revient à la page est environ 5 fois inférieur à celui d une jet d encre. Imprimantes jet d encre Le principe d'impression est basé sur la projection de micro-gouttes d'encre issues des cartouches par l'intermédiaires de buses sous la pression d un quartz piézo-électrique. Les imprimantes possèdent deux cartouches généralement : une cartouche noire et une cartouche couleur (tricolore : cyan, magenta et jaune). Le rendu des couleurs est réalisé par «synthèse soustractive». les trois couleurs mélangées produisant du noir (en fait, l'impureté des encres entraîne une couleur brun foncé, raison pour laquelle la cartouche noire à été rajoutée : procédé trichromique étendu à un procédé quadrichromique). L impression en qualité photo est souvent très lente (10 min pour 4 photos assemblées sur une feuille A4) Le coût à la page d un jet d encre est souvent prohibitif car les constructeurs ont institutionnalisé un véritable racket sur les consommables. (papier et cartouches). (les cartouches HP incluent la tête d impression contrairement aux cartouches Epson : si buses bouchées retour SAV Epson...) HP jet d encre Les jets d encre impriment lentement. Les tirages obtenus sont chers et éphémères. Conclusion : Les imprimantes jet d encre et laser ne peuvent pas reproduire les photos en tons continus. Elles simulent des niveaux de gris (laser) ou des niveaux de couleurs (jet d encre) en créant une trame. - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 4

5 Résolution physique - Résolution pratique - linéature La représentation d'un pixel écran sur le papier exige l impression de nombreux points colorés dont l'assemblage visuel va approcher la nuance attendue : La trame. Chaque pixel écran est représenté par un point de trame. Chaque point de trame est en réalité constitué d une mosaïque de points «élémentaires» dits «points papiers». Ils correspondent aux plus petites gouttes que l imprimante est capable de projeter. La taille de ces gouttes élémentaires et leur densité constitue une des caractéristiques importantes des imprimantes. Un point de trame est constitué d une mosaïque de points papiers. La densité de points papiers s appelle la résolution physique de l imprimante. Elle est souvent exprimée en «points par pouce» ou «dots per inch» (dpi). C est cette résolution qui est mise en avant par les fabricants: 720 dpi, 1440 dpi La densité de points de trame s appelle la linéature ou résolution pratique de l imprimante. Elle est exprimée certaines fois en «lignes par pouce» ou «line per inch» (LPI ) Cette résolution n est jamais fournie par les constructeurs : il s agit pourtant de LA grandeur essentielle. Explication : Lorsqu'un constructeur annonce que son imprimante a une résolution de 1200 dpi, cela ne signifie pas que l'imprimante est capable d'imprimer 1200 pixels par pouce, mais qu'elle est seulement capable de projeter 1200 gouttes d'encre par pouce. Dans la mesure ou il faut plusieurs gouttes pour imprimer un pixel, la résolution maximum d'une imprimante jet d'encre est bien moindre (souvent de l ordre de 250 lpi) 1 Inch = 1 pouce = 2,54 centimètres. L assemblage de cette mosaïque de points papiers pour constituer le point de trame est effectuée par le pilote d impression. La forme du point (rond ou elliptique), l angle (généralement 45 degré) des points de trame modifient aussi fortement le rendu final de l impression. Dans le cas d une image noir et blanc : avec 2 2 pixels, il est possible de créer 5 nuances de gris : avec 3 3 pixels, on obtient 10 niveaux de gris; avec n n pixels, on obtient (n n)+1 niveaux Puisque le nombre de niveaux de gris est proportionnel à la taille des points de trame, on pourrait être tenté d'utiliser des points de trame de grande dimension mais cela diminuerait sensiblement la finesse d'impression. - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 5

6 Explication : Imprimer une image sur une imprimante de 300 dpi avec des cellules de 5 5 pixels permet d'obtenir 26 nuances de gris, mais une résolution pratique réduite à 60 lpi (300 / 5). l augmentation du nombre de points papier dans le point de trame augmente les nombre de nuances de gris possibles mais augmente aussi la taille des points de trame (c est pour cela que la linéature des imprimantes laser est fixée à une valeur relativement basse (~ 60 LPI) La qualité d'une image en niveau de gris, dépend de la finesse du point, mais aussi du rendu des niveaux de gris. Les constructeurs doivent jouer sur un compromis nuance de gris / taille du point de trame. Ci-contre : impression sur une laser NB à 300dpi. Chaque point de trame est constitué de 9 9 points papiers, ce qui permet 82 nuances de gris mais une linéature de seulement 300/9=33 Lpi Impression quadrichromique avec trame décalée. Tout ceci se complique lors d une impression couleur qui s effectue en plusieurs passes... De plus, pour couronner le tout, certains constructeurs indiquent une résolution physique «visuelle», qui est supérieure à la résolution physique réelle. Il s'agit en fait de mettre en avant un algorithme de lissage des courbes (interpolation), qui permet d'augmenter la qualité d'impression. Il en résulte un léger flou à l impression. Retenir les linéatures suivantes : Journal = 50 à 80 lpi revue = 100 à 120lpi revue d art = 150 à 200 lpi imprimante laser = 50 à 60 lpi jet d encre = 200 à 250 lpi écran :72 ~100 lpi suivant le pitch de l écran Pour un pitch de 0.25 mm (17 pouces récent) la résolution est de 25.4mm/0.25=100lpi - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 6

7 linéature 30 lpi 53 lpi 100 lpi Ci dessus : La linéature augmente (les points de trame sont plus petits) mais en contre partie le nombre de nuances de gris diminue Attention : Ces photos sont susceptible de subir l effet de moiré à cause de la photocopieuse numérique utilisée pour la reproduction de ce document!! En lui indiquant la qualité souhaitée, le type de papier, le type de trame, l utilisateur lui fournit des informations cruciales qui vont permettre un rééchantillonnage, une interpolation (=lissage) de l image en vue de l impression. Il s agit de la phase de «rastérisation» qui consiste à transformer le document en une succession de points dont la forme, la taille et la dispersion sont calculées en fonction des caractéristiques de la machine, du papier et des têtes d impression. L image ci-contre est obtenue avec un autre algorithme de conversion (Appelé tantôt nuages, diffusion, stochastique ou dither), il permet d'atténuer l'effet de trame en ajoutant un peu d aléatoire! Cela donne un meilleur rendu pour les photos. (moins sensible au moiré d ailleurs!) Le choix de la méthode de tramage s effectue dans les propriétés de la configuration d impression. panneau de configuration de la CANON LBP-810 Rassurez-vous, tout ce travail s effectue le plus souvent de façon transparente et généralement satisfaisante par le pilote d impression (procédé RET chez HP). - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 7

8 Physiologie de l œil et résolution En première approximation, l œil peut être assimilé à un système optique comprenant : une lentille convergente de focale 15 mm, le cristallin, une surface sensible, la rétine, constituée d une mosaïque de capteurs : les cônes (130 millions) et les bâtonnets (6-7 millions). Le diamètre des cônes est beaucoup plus petit que celui des bâtonnets. Plus on s'éloigne de la partie centrale, plus les cônes se font rares et leur diamètre augmente La macula (2~3 mm) essentiellement constituée de cônes permet la vision des détails en éclairage diurne. (lecture, vision des détails) La fovéa (1300 à 1500 microns) est une région de la rétine située dans la macula, près de l'axe optique de l œil. L'acuité visuelle y est maximale. Le diamètre moyen d un de ces «pixels physiologiques» est d environ 5 microns. La définition rétinienne de la macula est donc d environ 1/0,005mm=200 points par millimètre soit environ 5000 points par pouces. La rétine à une résolution moyenne de 5000dpi. Le pouvoir séparateur de l œil est l angle sous lequel doivent être vus deux points pour être séparés : il est de 5µm / 15 mm rad (1 minute d angle) Nous pouvons ainsi déterminer la résolution minimum nécessaire d un document imprimé pour que la trame soit invisible lorsqu il est visionné à une distance d. macula cône 5um Centre optique de l oeil rad 30 cm 3m 3km 15mm 100 um 1mm 1m Aà 254dpi 25,4 dpi Vous avez placé naturellement ce document à environ 30 cm de vos yeux, il nécessite donc, au moins, 1 point tous les dixièmes de millimètre soit 254 dpi Pour ne pas distinguer le pitch d un moniteur d ordinateur à 100dpi il faut donc se placer à plus de 60 cm de l écran Une affiche publicitaire visionnée à 3m nécessite seulement 1 point tous les millimètres (25.4dpi) soit pixels. Les deux phares d une voiture (espacés de 1 m) seront séparés à condition que celle-ci soit située à moins de 3km... Détail du calcul pour trouver 254dpi à 30 cm A une distance d=30 cm les points doivent être séparés de e sachant que dans les triangles semblables on a 5um/15mm = e/d ,4 10 on trouve e = 0,30 = = 100µ m. Il y aura = 254 points par pouce = 254 dpi Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 8

9 Format de reproduction et facteur d échelle Nous avons vu ci dessus que la distance de vision dépend de la taille du document regardé : On admet généralement qu une image imprimée est regardée à une distance égale à environ 2 ou 3 fois sa diagonale. Photo 15 10cm (diagonale 18 cm) regardée à environ 30~40cm Photo cm dans une exposition à environ 1,5m Affiche 4 3 m d un panneau publicitaire à environ 10~15m Dans ces conditions, on comprend que des photos de grande taille soient imprimées avec une résolution plus faible : Un A5 de (21 15 cm) imprimé à 250 dpi et vu à 50 cm semblera tout aussi bon qu un A3 (42 30 cm) à 125 dpi vu à 1m Exemple : Pour imprimer en A4 en 300 dpi, à partir d'une diapo mm, le facteur d'échelle doit être de 297mm / 36 mm = 8,25. D'où une résolution de : 300 8,25 = 2500 dpi (environ). Cette règle peut se modifier en fonction de certains impératifs d'impression professionnels qui font appel au tramage. (la fréquence spatiale d échantillonnage ne doit pas être un multiple entier proche de la linéature sinon l effet de moiré apparaît. Voir plus bas) Dans le même ordre d idée, il serait tentant d obtenir des épreuves A4 à partir de simples tirages standards en format 15 10cm. Il faut savoir que dans le meilleur des cas, la résolution d une photo réalisée dans un laboratoire industriel à partir d un négatif correspond à seulement 400lpi. Numériser en 600dpi ou 1200 dpi ne change rien à sa qualité. L agrandissement mettra en évidence les défauts (le flou, le grain du papier) le résultat imprimé présentera une absence de netteté et un moutonnement de l image. Utiliser un scanner de diapos (2000~3000dpi) (=scanner à transmission et non pas réflexion comme les scanners à plat) donnera un résultat d une qualité incomparable, même avec des taux d agrandissement élevés : Une diapo ou un négatif provenant d une pellicule 50 ISO contiennent l équivalent de 25 millions de pixels ( pixels) ce qui correspondrait à un fichier d environ 75 Mo! La photo papier (400lpi) obtenue à partir de ce négatif contient seulement = 4 millions de pixels ce qui correspond seulement à un fichier de 12 Mo. Une diapo contient beaucoup plus d information qu un tirage papier. Il faut garder précautionneusement ses diapos et négatifs. Les laboratoires devraient toujours placer les négatifs dans des pochettes plastique individuelles afin d éviter les rayures. Dans la plupart des développements bon marché les négatifs n ont aucune protection. - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 9

10 Résolution et scanners Nous venons de déterminer que le pouvoir de résolution (pouvoir séparateur) de l œil humain est d environ rad, l œil est capable de séparer des détails de l ordre du dixième de millimètre à une distance de 30 cm. Il faut donc qu il y ait environ 250 points de trame par pouce pour que celle ci devienne invisible. C est ce seuil qui est atteint par les meilleures imprimantes «jet d encre» qui peuvent donc se prévaloir de la sacro-sainte «qualité photo» Attention, tout ceci est théorique et d autres phénomènes physiques comme la diffusion de l encre sur le papier ou la précision de l électronique du système de balayage du moniteur permettent d abaisser grandement ce seuil. La linéature pratique des meilleures imprimantes du marché actuel étant d environ 200 Lpi il est donc inutile de scanner un document à plus de 200~300dpi. Si l impression s effectue sur une jet d encre peu récente ou sur une laser NB on pourra descendre à 100~150dpi L utilisation de ces valeurs vous assure que la seule limitation proviendra de votre imprimante et non pas des réglages du scanner même si celle-ci est au maximum des ses possibilités (meilleur papier photo, mode qualité photo, Un dépassement n'apportera plus rien si ce n'est une augmentation inutile de la taille du fichier. Les résolutions 600 ou 1200 Lpi ne sont utiles que lorsque le rapport de reproduction est élevé (agrandissement d un détail, d une diapo avec un dos pour transparent...) A titre d indication : Un scanner de diapo moyen de gamme (Minolta dual SCAN II) scanne une diapo mm à 2820 dpi. La taille de la diapo en pouces est : 24 25,4 = 0,94 pouce 36 = 1,41 pouce, 25,4 sa taille en pixels sera de 0, =2664 pixels par 1, =3996 pixels ce qui donne un fichier de =10,62 Megapixels qui aura comme poids = 30,4 Mo Minolta dual Scan II (USB donc lent) Ce fichier compressé en jpg aura un poids d environ 5 Mo (faible taux de compression : niveau 5 dans Paint Shop Pro) ce qui est très raisonnable pour ce type de fichier. La taille d impression maximale sera de 27cm 40 cm (voir plus bas) A noter : Un scanner de diapo permet aussi de scanner les négatifs. Cette technique est moins sujette au bruit car les zones opaques du négatif représentent les hautes lumières. Par contre le scanner doit inverser les couleurs et éliminer le masque orange. Mais sa densité n'est pas normalisée et ce masque est différent d'une gamme ou d'une marque de pellicule à une autre... A noter : Certains scanners de diapo (Nikon LS-30 SCSI) disposent d un procédé permettant d éliminer les poussières au moment du scan. (procédé ICE de La diapo est pré-scannée en Infrarouge : La diapo ou le néga sont transparents aux IR mais pas les poussières: le logiciel va éliminer les défauts sans toucher au reste de la photo...c est vraiment étonnant d efficacité et peut éviter des journées entières de retouche sous photoshop. (voir test en ligne) Nikon LS-30 ICE SCSI (testé, approuvé et acheté : Une merveille de technologie...) - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 10

11 Le choc des mots, le poids des photos - les formats - la compression Photo format standard cm (=3,9 5,9 pouces) scannée en millions de couleurs ( 3 octets) résolution l L total pixels poids du fichier 72 dpi pixels 353ko 150 dpi pixels 1.5Mo 300 dpi ,1Mpixels 6 Mo 600 dpi ,4Mpixels 24 Mo On peut remarquer que le doublement de la résolution entraîne un quadruplement de la taille du fichier. Page A cm (=8,3 11,7 pouces) scannée en millions de couleurs résolution l L total pixels poids du fichier 72 dpi pixels 1,4Mo 150 dpi ,2Mpixels 6.2Mo 300 dpi Mpixels 25 Mo 600 dpi Mpixels 100Mo Attente... Attente... Plantage!! Retenir : Un A4 300dpi en millions de couleurs pèse environ 25 Mo. Un doublement de la résolution quadruple le poids du fichier obtenu. Pour obtenir une résolution de 300dpi en format 10 15cm, il faudra disposer d un fichier natif de pixels ce qui correspond approximativement aux performances d un bi-megapixels ( ). Nous venons de voir que les poids des images, notamment les photos, sont relativement élevés. Leur stockage est donc problématique, heureusement il est possible de réduire fortement la taille des fichiers en les compressant : Format bmp : sans compression, en 256 ou en millions de couleurs. A utiliser lorsqu on ne veut pas perdre d informations dans l image et que l on n est pas limité par le stockage. Format gif : compression non destructive (réversible) seulement pour les images de moins de 256 couleurs. Ce format convient pour les schémas, les captures d écran et surtout pour les animations par gif animés. Le facteur de compression n est pas réglable et dépend de la structure du schéma (lignes horizontales ou verticales : facteur de compression différent) Une photo bmp codée en millions de couleurs perd irrémédiablement des nuances lorsqu elle est convertie en gif. : passage de 2 24 couleurs à 2 8 : Une conversion inverse (gif en bmp) ne redonnera évidemment pas l original. (un vieux vinyle sera toujours aussi nasillard après numérisation en qualité CD!!) Un schéma bmp codé en 256 couleurs ne perd pas de nuances lors de la compression gif. (la conversion inverse redonne l original) Format jpg : compression destructive (irréversible) en millions de couleurs. Convient pour les photos. Le facteur de compression est réglable d environ 6 à 24. Pour des taux de compressions élevés apparaissent des artefacts de compression : Dans tous les cas la compression jpg fait perdre de l information. On utilise couramment le niveau 75 ~85 dans PaintShopPro qui divise par 12~10 la taille de l image. (niveau 5~6 dans Photoshop) - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 11

12 Format tiff :compression non destructive. Millions de couleurs. Taux de compression relativement faible 2 ou 3. (souvent moins) Format png : Compression non destructive (très efficace) Chaque logiciel gère son propre format, les cinq ci-dessus sont les plus courants. Une bonne alternative peut être le bmp zippé (non destructeur).(très performant sur des captures d écran) Attention aux compressions jpg successives : chaque fois que l on sauvegarde la même image en jpg l algorithme détruit petit à petit l image : On aura donc intérêt à travailler toujours en BMP (ou TIFF) pendant la retouche et ne compresser en jpg qu à la dernière sauvegarde Moyen mnémotechnique pour jauger la taille d impression d une photo en impression «qualité photo» Nous avons vu plus haut qu il était inutile de scanner avec une résolution trop élevée : la lourdeur des fichiers obtenus augmentant de façon quadratique avec la résolution. La linéature pratique des meilleures imprimantes qualité photo est d environ 200 Lpi, nous pouvons surévaluer cette résolution en prenant une résolution de 254 Lpi = 254 points pour 2.54 cm (ce qui correspond seulement à 10 points au millimètre!) Il suffit de diviser par 100 la largeur et la hauteur de l image pour obtenir la taille en centimètres du tirage «qualité photo» Une photo de pixels donnera une photo de 12,8cm 10.2 cm Dénomination Longueur Hauteur Impression optimale Bi-megapixel cm 12cm Tri-megapixel cm 15cm 4,1-Megapixel cm 17cm 5,2-Megapixels cm 19cm 6-Megapixels cm 20cm (~ A4) 10-Megapixels cm 25cm 12-Megapixels cm 28cm Comme tout moyen mnémotechnique, cette méthode est approximative et repose sur l idée que les photos seront tirées sur une imprimante très performante et examinées à une distance d observation «normale» d environ 25 cm. Des fichiers de taille modeste ( ) peuvent pourtant donner d excellents résultats jusqu au format d une affiche... puisque la distance d observation d un tel document est habituellement en rapport avec ses dimensions et que la limite de notre pouvoir de résolution rend supportable à distance élevée, une résolution qui ne serait pas supportable de près. On peut noter que les fichiers de 6 mégapixels (Nikon D40) permettent d obtenir des clichés au format A4 : c est largement suffisant à moins de devoir recadrer ses photos. Lorsque le format d impression grandit le nombre de pixels nécessaires s envole. - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 12

13 Les problèmes de moirage des scanners Lorsqu'on numérise une image imprimée en quadrichromie (c'est-à-dire pratiquement tous les journaux, revues et livres), on évite d'avoir une résolution de numérisation voisine de la fréquence de trame (afin d'éviter des phénomènes de battement ou «moirages» qui engendre des motifs réguliers qui peuvent dénaturer complètement l image. Il s agit d un phénomène classique de l échantillonnage : battements de deux phénomènes périodiques de fréquence proche. (fréquence d échantillonnage spatiale et fréquence du point de trame). Ce phénomène se retrouve dans tous les procédés d échantillonnage temporels ou spatiaux : stroboscopie, carte d acquisition pour conversion analogique /digitale, capteur CCD et costume en pied de poule... La solution : Marylin moirée : Visualisation sous différents facteurs de zoom dans Paint Sho Pro. Dans le logiciel du scanner, il faut activer des options de détramage : selon la densité de points du document, le scanner va numériser très finement en décalant aléatoirement les points capturés pour éviter cet effet. L'image perd par contre un tout petit peu de piqué, la numérisation prend en général nettement plus de temps (la numérisation se fait à vitesse très lente pour acquérir plus de points de mesure). Ce phénomène qui apparaît principalement lorsqu on numérise des documents tramés peut aussi se déclarer lors de l affichage en vignette d une image tramée: le logiciel de visualisation rééchantillonne pour prélever un pixel tous les x pixels. Cette opération peut dénaturer complètement l image. (cf ci-dessus) - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 13

14 Impression papier L affichage sur un écran cathodique est réalisé par synthèse additive Le rouge, Le vert et le bleu de mélangent pour former du blanc, l impression couleur est obtenue, elle, par synthèse soustractive : le mélange de cyan, magenta et jaune produit du noir (trichromie) Le noir obtenu ainsi déçoit par son aspect marron clair, c est pourquoi tous les constructeurs ont rajouté une cartouche d encre noire par imprimer en quadrichromie Les Imprimantes jet d encre couleur ont tout de même un intérêt! Les constructeurs travaillent sur plusieurs points pour améliorer l impression : Diminution de la taille des gouttes d encre (jusqu à 3pL ) chez EPSON Superposition des gouttes : procédés RET2, RET3 chez HELWET PACKARD Augmentation du nombre de nuances des couleurs par ajout de deux couleurs supplémentaires : le cyan clair et le magenta clair : La couleur de la peau est ainsi mieux rendue :EPSON Amélioration des algorithmes de rastérisation (trame) Une bonne impression utilisera un papier couché (recouvert de kaolin) ou mieux encore du papier glacé (recouvert d un vernis brillant). Le papier photo est un papier glacé cartonné : Dans tous les cas l impression papier est lente et chère ; elle produit des documents fragiles (aucune résistance à l eau, à la lumière solaire) qui ont une durée de vie très limitée (1 à 2 ans dans les meilleurs cas). Pour information : Les cartouches couleur des imprimantes jet d encre coûtent cher. Elles s épuisent rapidement et à la meilleure résolution, au bout d une vingtaine de tirages A4 (soit 80 photos), la cartouche est pratiquement vide Un papier photo de fort grammage (TDK 264g/mm 2 ) revient à environ 20 euros les 20 feuilles! Le coût de la photo est élevé, sans compter ni les ratés, ni le temps bloqué devant l ordi! Imprimer ses photos soi-même : c est perdre son temps et son argent! On a tout intérêt à faire développer ses tirages numériques par un laboratoire spécialisé. Les prix sont aujourd hui comparables à ceux pratiqués pour l argentique. - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 14

15 Caractéristiques générales des appareils photo numériques La photo numérique est en train d'acquérir sa maturité. Elle peut désormais concurrencer la photo argentique. Voici ce qu'il faut savoir avant de faire son choix. Je vais dans cette partie détailler les caractéristiques des appareils photo numériques. LE CAPTEUR CCD Le capteur CCD (Charged Couple Device), en français DTC (Dispositif par Transfert de Charges) est au cœur de l appareil photo numérique, il est l équivalent de la pellicule présente dans son homologue argentique. Il est constitué d une mosaïque de minuscules photodiodes appelées aussi photosites ou plus simplement pixels. Capteur CCD Chacun des ces pixels est constitué d un condensateur dont une électrode est un semi-conducteur. Par effet photo-électrique, les photons de lumière sont transformés en électrons puis stockés dans le condensateur. (passage de la bande de valence à la bande de conduction en sautant le GAP!) Chaque pixel de la matrice transforme donc les photons en une charge électrique proportionnelle à la quantité de lumière reçue. Ce signal est ensuite numérisé, traité, puis stocké. Capteur CCD du Nikon D1 Les électrons présents dans chacun des pixels de la matrice sont comptés et convertis en une nuance de gris qui s'étend du noir au blanc (noir = aucun électron, blanc = saturation du pixel) Il existe deux types de capteurs : les CCD (Charged Coupled Device) et les CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Ce dernier se distingue avant tout par son procédé de fabrication, similaire à celui des circuits imprimés et microprocesseurs qui lui procure un faible coût de fabrication et une consommation électrique réduite. Les CCD sont chers à la fabrication car nécessitent des chaînes de montages particulières, les boîtiers en étant équipés sont donc plus onéreux. L'introduction récente dans ce domaine du CMOS beaucoup - moins cher - est donc une solution alternative. Par contre ce dispositif se montre beaucoup plus sensible au bruit survenant lors de prises de vue dans des conditions de faible luminosité (bruit thermique) (le CMOS possède une sensibilité environ égale aux deux tiers de celle du CCD). Philips Vesta Pro pour la mécanique... perd moins d images que la Toucam ci-dessous. Ce même type de capteur CMOS est utilisé dans la fabrication des récents scanners bon marché de faible épaisseur. La qualité des documents obtenus par ce type de scanner est bien inférieure à celle obtenue par un scanner à barette CCD. On trouve aussi ce type de capteur CMOS dans la plupart des WEBCAM zr autre gadget bon marché. à noter la Webcam Philips TOUCAM PRO 740K (bague jaune) dispose, elle, d un capteur CCD (1/4" x 480 ) procurant des images de qualité (voir document «utilisation d une WEBCAM en mécanique nov 2001» 24 pages) Philips Toucam pro 740K + adaptateur = Astro-photo :-) - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 15

16 TAILLE DU CAPTEUR (Le paramètre essentiel!) Les capteurs CCD ont une taille beaucoup plus petite que la surface sensible d une pellicule argentique, qui elle, mesure 24*36mm soit une diagonale de 43mm. Nous verrons, plus loin, que cet écart est fondamentalement responsable des nombreuses différences entre la photo argentique et le numérique. La taille du capteur influe directement sur la taille des pixels qui sont donc microscopiques, (4~5 micromètres de coté) Dénomination Taille réelle Rapport de surface / /2,5" 4,29 5,76 mm Compacts 35 1/2,3" 4,62 6,16 mm Compacts 30 1/2" 4,8 6,4 mm Compacts 28 1/1,7" 5,7 7,6 mm Compacts 20 4/3" 13 17,3 mm Compacts 3,8 APS CANON 14,8 22,2mm Réflex amateurs canon 2,6 APS NIKON 15,8 23,6mm Réflex amateurs nikon 2,3 24x mm Réflex professionnels 1 La diminution de la taille des capteurs n a pour unique but que de diminuer le coût de la puce (plus de puces sur une même galette de silicium) L'augmentation croissante du nombre de pixels dans les appareils numériques grand public s'est faite sans augmenter la taille du capteur : La surface des pixels diminue avec l augmentation du nombre de pixels ce qui diminue la sensibilité de l appareil. Le capteur d un compact est environ 15 fois plus petit que celui d un réflex amateur APS : Il ne faut donc pas s attendre à la même sensibilité! LA RESOLUTION DU CAPTEUR La résolution des photos correspond au nombre de pixels que peut percevoir le capteur CCD. Les premiers appareils avaient des capteurs de 300 à pixels offrant une résolution VGA ( ). Les suivants étaient munis de capteurs Mégapixels (1 million de pixels) permettant d'avoir des images en ou pixels. Aujourd'hui, les modèles 10, 12 et 15 Mégapixels peuvent prendre des images d'une résolution jusqu à Le choix de la résolution se fait en fonction de la destination finale de l'image. Ainsi le mode VGA ( ) ne trouve son utilité que pour une diffusion sur le web. Une résolution de ou est bien suffisante pour apprécier ses photos sur l'écran de son ordinateur. Une impression de bonne qualité (en 10 15cm) nécessite un appareil de seulement 3 megapixels. Nous verrons plus loin une méthode permettant d estimer la taille de l impression en fonction du nombre de pixels. Résolution importante ne rime pas avec qualité : bien au contraire Résolution importante rime plutôt avec faible sensibilité et images bruitées!!! (voir plus bas) - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 16

17 Résolution standard de l'image Taille de l'image non compressée Nombre de pixels Rapport largeur/hauteur Dénomination Ko 0,30 MPixels 4/3 VGA ,37 Mo 0,48 MPixels 4/3 SVGA ,25 Mo 0,79 MPixels 4/3 XGA ,75 Mo 1,31 MPixels 5/4 Megapixel (SXGA) ,49 Mo 1,92 MPixels 4/3 Bi-megapixel (UXGA) Mo 3,14 MPixels 4/3 Tri-megapixel (SUXGA) Mo 3,9 MPixels 4/3 4,1-Megapixel Mo 4,9 MPixels 4/3 5,2-Megapixels Mo 6 MPixels 3/2 6 Megapixels Mo 10 MPixels 3/2 10 Megapixels Mo 12 MPixels 3/2 12 Megapixels Attention : le nombre de pixels actifs peut être inférieur au nombre total de pixels. Attention : Le format du capteur CCD n est pas toujours, comme pour une pellicule 24 36, dans le rapport 3/2 mais peut être dans un format plus carré pour certains compacts format 4/3 Les photos ne peuvent donc pas être imprimées en 15 10cm mais plutôt en 13 10cm.(bandes blanches sur les cotés). Cela entraîne soit une perte de papier lors de l impression de quatre photos sur une page A4 (conservation du format d image), soit une perte de résolution car il faudra retailler et agrandir la photo pour obtenir un format 15 10cm : Arcsoft photo printer 2.0 (gratuit) Cet effet qui est un inconvénient lors de l impression ne pose pas de problème sur un moniteur qui est lui le plus souvent au format 4/3 ( pour un 15 pouces, pour un 17 pouces.) La plupart des moniteurs LCD actuels sont au format «WIDE = large» SENSIBILITE DU CAPTEUR CCD La sensibilité du capteur CCD est primordiale : un capteur peu sensible obligera le photographe à travailler avec des grandes ouvertures ou des temps de pose élevés (flou de bougé : nécessité d un pied) La sensibilité totale du capteur CCD dépend avant tout de sa taille réelle et donc de la taille des photosites ou pixels, elle dépend aussi de son rendement quantique. (Mesure du nombre de charges créées pour un photon d'une certaine énergie.) Le rendement quantique d un CCD est de part sa construction bien meilleur que celui d un CMOS qui lui est moins cher à fabriquer. Explication : Si, pour un photosite particulier, 6 électrons sont créés pour 10 photons incidents : le rendement quantique est de 60% - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 17

18 Exemple concret : Le CANON 500D (année 2009) dispose de 15 Millions de pixels pour une surface de 14,8 22,2mm =328mm 2 Chaque pixel mesure 4,6µm soit une surface 21,6µm 2 Le NIKON D40 (Année 2006) dispose, lui, de seulement 6 Mpixels pour une surface de 15,8 23,6mm=373mm 2 chaque pixel (7,8 µm) dispose d une surface de 62 µm 2 ) La différence de sensibilité entre ces deux pixels est proportionnelle à leur surface : Le D40 est, en théorie, environ 3 fois plus sensible que le 500D. De plus l avantage va au capteur CCD du D40 plutôt qu au CMOS du 500D. Par contre, il est évident que les progrès des algorithmes de suppression de bruit ont bien évolué et pour cause On peut comparer cela au vieux NIKON D1 dont chacun des 3 millions de pixels faisait = 140µm 2 Cette notion se retrouve en photo argentique : la taille des grains d halogénure augmente avec la sensibilité du film : 100 ISO ; 200 ISO ; 400 ISO : Un film sensible procure du grain à la photo. (Utilisation en photographie artistique pour les portraits) Cette notion permet de comprendre pourquoi l augmentation du nombre de pixels des appareils photo numériques sans augmentation de la taille du capteur CCD leur fait perdre de la sensibilité (nécessité d ouvrir plus, de monter en ISO ou de travailler avec des basses vitesses) D une part les pixels sont plus petits mais d autre part le capteur sera plus sensible au bruit : Il peut être judicieux d acheter un «vieil appareil» disposant de peu de pixels ( 6 Megapixels) Explication : Pour une même quantité de photons (même photo, même optique, réglages identiques) et un capteur de même taille, un 12 Mpixels sera moins sensible qu un 10 ou un 6 Mpixels car ce même nombre de photons doit se répartir sur un plus grand nombre de pixels. Chaque pixel stocke donc moins de photons, la présence de photons parasites (le plus souvent d origine thermique) augmente l erreur relative sur le dénombrement de chaque photosite. Pour limiter l influence de ce bruit thermique, il est nécessaire que les photosites stockent plus de photons (temps de pose rallongé - risque de flou de bougé) Cela fait perdre un 1 voire 2 diaphragmes sur le NIKON D60 (10 megapixels) par rapport au NIKON D40 (6 megapixels) (même optique taille du capteur identique.) Nikon D40 testé approuvé et acheté! L un des meilleurs réflex «amateur» L'augmentation croissante du nombre de pixels dans les appareils numériques grand public s'est faite au détriment de la sensibilité des capteurs. Les appareils photo les plus sensibles ont soit un grand capteur (capteur Full frame = plein format= mm type NIKON D700 ) soit un capteur format APS (=15,6x23,6 mm) mais pas trop de pixels type NIKON D40 Le compacts (petit capteur) sont logiquement peu sensibles : les photos par faible luminosité sont à proscrire. L appareil tentera de compenser par une montée en ISO et une baisse de vitesse : ce qui entraîne du flou et du bruit (voir plus bas ) - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 18

19 SENSIBILITE SPECTRALE (= en fonction de la Couleur) Les principaux défauts colorimétriques constatés sur les appareils numériques sont liés à la sensibilité spectrale c est à dire à la variation du rendement quantique de chaque pixel en fonction de la couleur du photon (certaines couleurs donnent plus d électrons). Dans ce cas, le capteur CCD modifie fortement l aspect des couleurs en fonction de la température de l éclairage : lampe à filament, néon, ou lumière du jour.. Le flash utilisé sur une personne dans une pièce éclairée par des lampes à incandescence, par exemple, fournira un résultat surprenant et difficile à analyser. La balance des blancs doit pouvoir être réglée manuellement. De plus cette sensibilité du capteur CCD n est plus tout à fait linéaire avec l éclairement notamment dans les forts et faibles éclairages. Cela se traduit par un manque de sensibilité dans les hautes et basses lumières. Les scènes à fort contraste sont à proscrire. Le capteur CCD a tendance à écraser les hautes et basses lumières (pas de détail dans les ombres, visages saturés bouchés) (phénomène de blooming caractéristique de la photonumérique ) Dans le cas de scènes trop sombres il faut utiliser le flash, sans oublier qu'au delà de 3 ou 4 mètres, celui-ci n'éclairera plus grand chose, de nuit comme de jour. Celui-ci est aussi nécessaire pour les sujets en contre jour afin de déboucher les ombres. Un capteur CCD est plus sensible qu un œil humain dans les hautes longueurs d ondes (IR). De plus il capte aussi les proches UV (nécessité d un filtre anti-uv) (Possibilité de photographie IR avec filtre approprié) (Essayer de photographier une télécommande TV par exemple...) Les photos utilisant plusieurs sources de lumières de différentes températures sont à proscrire. DYNAMIQUE (=nombre de nuances) La plage dynamique est l'étendue des tonalités (du plus sombre au plus clair) perceptibles par un capteur : du noir pur (0, 0, 0 en RVB) jusqu au blanc pur, "cramé" (255, 255, 255 en RVB). Un des gros défauts de la photographie numérique est le manque de dynamique du capteur. Chaque couleur ne dispose que de 256 possibilités de nuance, c est peu, même si cela fournit 256*256*256=16 millions de couleurs! Une photographie mêlant des zones sombres et des zones fortement éclairées (contre jour par exemple) a toutes les chances, soit d être soit brûlée (souvent le ciel) soit trop sombre. Je vous défie de faire une photo, correctement exposée, contenant le soleil et un avant plan et ce quel que soit le prix de l appareil photo Tous les capteurs des APN manquent de dynamique. Il est impossible de photographier des scènes très contrastées. Une solution est la photographie HDR (High dynamic Range) qui permet à partir de plusieurs photos avec des expositions différentes de ne conserver que les parties bien exposées. Cela peut être effectuer directement par l appareil (en vitesse rapide) en «bracketant» et en utilisant un logiciel adapté.(type photomatix) Rechercher «35 Fantastic photo HDR» pour des photos irréalistes et irréalisables autrement qu en HDR. - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 19

20 LE OU LES BRUITS =(pixels ayant des fausses couleurs) (attention cela devient ardu!) Les dispositifs à transfert de charges sont sensibles à différents types de bruit que nous allons détailler : Le bruit quantique (ou bruit de fond) : Il provient de la nature quantique (corpusculaire) de la lumière : Pour une même exposition (source lumineuse constante et régulière), le nombre de photons détectés par un photosite n est jamais le même, il varie aléatoirement autour d une valeur moyenne. Ce bruit quantique est proportionnel à la racine carrée du nombre de photons détectés, (Loi de POISSON) (le rapport signal/bruit est donc égal à la racine carrée du nombre de photons détectés) : Si N est le nombre de photons détectés par un photosite, le bruit quantique sera proportionnel à N et le rapport signal/bruit proportionnel à Ν / Ν = Ν Explication : Supposons qu un pixel enregistre 100 photons, l incertitude sera de ± 100= ±10 photons : l erreur relative est de 10/100=10%. Maintenant si ce même pixel enregistre 500 photons soit une incertitude ± 500 = ±22 photons : l erreur relative passe à 22/500=4%. Le bruit devient moins visible dans le signal. (le rapport signal/bruit augmente) La proportion de bruit quantique diminue avec le temps d exposition En outre, quand un photon frappe un pixel de la matrice CCD, il n'est pas certain qu'il sera effectivement converti en électron. Ce rendement quantique est une caractéristique du type de capteur CCD (CMOS ou CCD) et dépend fortement de la longueur d'onde de la lumière (couleur). Nous verrons plus bas le problème engendré par des éclairages mixtes.(de températures différentes). Le bruit de lecture ou de traitement Ce bruit est lié à la méthode même de lecture des charges par registre à décalage : capteurs à transfert de trame. Le capteur CCD est vidé en décalant vers le bas chaque ligne du CCD vers une ligne dénommée ligne de transfert. Un «reliquat de charge» peut subsister dans les condensateurs lors de ce décalage (phénomène de smearing) : phénomène surtout visible en astro-photographie sur des objets très lumineux. A noter : La plupart des webcams et camescopes utilisent des capteurs à transfert d interligne qui eux, ne nécessitent pas d obturateur électromécanique mais sont moins sensibles car la moitié de leur surface est masquée par les colonnes de transfert. Ce transfert d une colonne à une autre est pratiquement instantané : c est pourquoi la vitesse d obturation peut être très élevée. (1/10 000s sur une webcam d entrée de gamme!) - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 20

21 Principe d un Capteur à transfert de trame d interligne. Le bruit de quantification Il correspond à l'erreur moyenne commise en échantillonnant le signal analogique (courant électrique associé à chaque pixel) sur un nombre fini d incréments (erreur constante) Chaque nuance de luminosité pour chaque couleur est codée sur seulement 8 bits (soit 16 millions de couleurs au total) cela correspond à la dynamique. Le bruit thermique (Dark Noise) ou courant d obscurité Même en l'absence de lumière, des électrons s'accumulent petit à petit dans le capteur CCD. Ce phénomène est, lui aussi, tout à fait aléatoire (même statistique que le bruit quantique), il ne dépend pas du nombre de photons détectés mais uniquement de la durée de capture. Ce bruit est différent pour chaque pixel. Son effet sera d autant plus visible que le nombre d électrons dans chaque pixel est faible. Le bruit thermique est proportionnel au temps de pose. Le bruit thermique est différent suivant chaque pixel. Il engendre des pixels anormalement colorés. Explication : Supposons pour simplifier : - que le rendement quantique soit de 100% (chaque photon crée un électron) - que la capacité maximale de chaque pixel soit de 255 électrons. Dans ce cas simplifié, le nombre de photons fournit directement la valeur numérique du pixel considéré. Intéressons nous a un pixel particulier du CCD: pour celui-ci, le bruit thermique entraîne par exemple l ajout de 100 électrons supplémentaires par seconde de temps pose. Pour une photo d un sujet très lumineux, la mesure d exposition va régler la vitesse et le diaphragme afin qu aucun pixel ne soit saturé et que les valeurs de chaque pixel se répartissent de 0 jusqu à 255. Pour que la photo soit correctement exposée, ce pixel devrait avoir comme valeur 100 sur un maximum de 255 valeurs possibles. La vitesse (1 /100 s) sera suffisamment rapide pour que le bruit thermique passe inaperçu car celui-ci entraîne sur ce pixel une erreur de ±1 (erreur relative de 1%) La valeur de ce pixel sera comprise entre 99 et 101.(faible erreur dans la couleur) - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 21

22 Maintenant la même photo du même sujet beaucoup moins éclairé (10 fois moins de lumière) va nécessiter pour obtenir la même exposition un temps de pose 10 fois plus grand (1/10s au lieu de 1/100s - diaphragme identique). Pour que la photo soit toujours bien exposée, ce même pixel devrait toujours avoir comme valeur 100 mais maintenant le bruit thermique entraîne une imprécision de 10 d où une erreur relative de 10% Sa valeur sera comprise entre 90 et 110. Le bruit thermique devient visible. Les sujets peu lumineux sont sujets au bruit Les temps de pose sont limités par les risques de flou de bougé à basse vitesse, nous verrons plus bas l utilisation du gain pour contrer ce problème. Le bruit thermique est surtout visible dans les photos à longue exposition. Le bruit thermique augmente aussi avec la température du capteur. (c est pour cela que les capteurs CCD utilisés en astro-photographie sont refroidis par des modules PELTIER.) Rmq : Il est tout à fait possible de mettre en évidence ce bruit en effectuant une photo avec le bouchon d'objectif en place (et/ou un tissu noir sur l objectif): l augmentation du contraste de la photo (avec Paint Shop Pro par exemple) fait apparaître des pixels colorés. Cette expérience simple peut être faite avec n'importe quel appareil numérique dont la vitesse d'obturation est réglable manuellement. On utilise cette méthode pour «soustraire» d une photo l influence du bruit thermique sur le capteur (puisque ce bruit est reproductible indépendamment pour chaque pixel) En conclusion : Le bruit engendre des pixels aléatoires colorés. Quel que soit la nature du bruit il est toujours présent sur toute la photographie, il se révèle sur les photos peu exposées. (photos nocturnes ou sombres) (rapport signal/bruit faible) L astro-photographie (ciel profond) est très sujette au bruit thermique. Nous allons voir que ce bruit est accentué avec le gain du capteur CCD. GAIN ou réglage d ISO Le réglage nommé «Gain» ou «sensibilité» ou «ISO» par analogie avec la photo argentique (confusion totale dans les termes!) permet d augmenter artificiellement la luminosité de l image en amplifiant numériquement les valeurs de chaque pixel. Ce procédé permet de pallier souvent le manque de lumière, par contre il engendre du bruit sur l image en amplifiant les différences de nuances et en accentuant les effets du bruit - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 22

23 Explication : Imaginons une photo sous-exposée dans laquelle deux pixels contigus ont pour valeurs 4 et 5 sur une échelle de couleur allant de 0 jusqu à 255 : Le dégradé bien que sombre est fluide. Si le gain est de 10, ces deux pixels auront pour valeur respective 40 et 50. Dans ce cas la photo est très contrastée mais le dégradé brutal. Cet étirement correspond à une augmentation du contraste (possibilité de saturation : valeur 255) Augmenter le gain (sensibilité) revient à augmenter la luminosité, le contraste, mais aussi le bruit. Un compromis est nécessaire entre la sensibilité et le temps de pose (vitesse d obturation) pour limiter l influence du bruit. Le bruit thermique est prédominant lors de photos peu exposées c est à dire des photos où la valeur de chaque pixel est faible. Analysons sur un exemple simple l influence du gain sur le bruit : Reprenons l exemple précédent du pixel à 100 Cette fois ci la photo du sujet peu éclairé est effectuée à vitesse rapide (1/100s) pour éviter le flou de bougé mais avec un gain de 10. ( 10) Sans le gain, la photo serait sous-exposée : les valeurs de chaque pixel s échelonneraient entre 0 et 26 Ce pixel aurait comme valeur 10 avec une erreur de ± 1 soit une erreur relative de 10% Le gain permet aux valeurs de se répartir à nouveau entre 0 et 255. Mais par contre l échantillonnage n est plus sur 8 bits mais plutôt 5 bits (2 5 =32 nuances au lieu des 2 8 =256) Ce même pixel aura une valeur de 100 mais le bruit est lui aussi multiplié par le gain! L erreur relative sera toujours de 10 %. Le gain accentue l effet du bruit car chaque électron parasite voit son influence multipliée par le gain! Le gain diminue le nombre de nuances de luminosité et de couleur MESURE DE LA COULEUR A ce niveau là, les photosites n ont mesuré que la luminance du point et non pas sa couleur : L image est en niveau de gris... du noir (0) au blanc (255) Afin de reconstituer les valeurs de chrominance (Dosage relatif de trois couleurs de base : rouge vert et bleu (RVB)), chaque pixel est recouvert d un filtre coloré. La surface totale du capteur est ainsi recouverte d une mosaïque de microscopiques pavés colorés (filtre ou motif de BAYER), (2 éléments verts pour seulement 1 rouge et 1 bleu, pour tenir compte de la sensibilité de l œil humain.) Un traitement mathématique va ensuite extrapoler les couleurs manquantes à partir des pixels adjacents. Ce traitement a une importance cruciale dans l élaboration de la photo, pourtant les constructeurs ne donnent que très rarement des indications sur l algorithme utilisé. C est lui qui peut faire perdre du piqué aux photos. Ce motif de Bayer peut poser des problèmes lorsque les détails sont de l ordre de grandeur des photosites. - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 23

24 Explication : Imaginez que l image contienne un détail blanc de la taille d un photosite (reflet,...) Ce point blanc, s il éclaire un seul photosite, peut être interprété comme un point coloré mais jamais comme un point blanc car il ne peut couvrir les quatre photosites du motif de BAYER. Il va résulter un artefact coloré, c est un dire un point coloré à la place d un point blanc. Ce type d artefact apparaîtra de façon encore plus marquée si il s agit d une fine ligne blanche inclinée : dans ce cas là apparaîtra une fine frange colorée ou un effet de moirage. Pour limiter ce défaut, les constructeurs interposent devant le capteur un filtre anti-aliasing qui se charge de diffuser les points trop fins de l image sur le quatruplet de BAYER. (En analyse spectrale numérique, on lui donnerait le nom de filtre passe-bas anti-repliement) Ce filtre coupe les hautes fréquences spatiales, c'est-à-dire les détails les plus fins de l image!) C est ce filtre qui est responsable de l effet de douceur (léger flou) rencontré sur des photos obtenues avec des capteurs pourtant haute résolution : L image perd encore du piqué. DIFFRACTION : Le piqué d une photo numérique est limité aussi par le phénomène de diffraction lorsque le diaphragme est trop petit (grand nombre de diaphragme F22, F32 ) Il faut, en théorie, éviter de travailler avec les plus petits diaphragmes de l objectif même lorsqu on photographie des scènes très lumineuses (Il est préférable, si cela est possible, de compenser en augmentant la vitesse) Il faut éviter de travailler avec un diaphragme trop fermé. TRAITEMENT Après ces étapes de décodage, interviennent les algorithmes destinés à améliorer les détails, le rendu des couleurs, «D-lighting», la correction GAMMA, l amélioration des bords et du contraste général, la mise aux proportions et la balance des blancs. Ensuite intervient la compression JPG (destructrice), puis la construction du fichier image contenant la date et tous les paramètres de la photo (focale, ouverture, diaphragme, flash, compensation d exposition, Géolocalisation...) OUVERTURE ET VITESSE Ouvertures normalisées d objectif 1-1, , Surface du diaphragme divisée par deux Les vitesses d obturation sont elles aussi standardisées : /2-1/4-1/8-1/15-1/30-1/60-1/125-1/250-1/500-1/ Temps de pose divisé par deux Réglage manuel? Réglage tout automatique? - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 24

25 Les couples (ouverture/vitesse) suivants fournissent la même exposition : ( f2-1/125) (f2.8-1/60) (f4-1/30) (f5.6-1/15) car la même quantité de photons pénètre sur le capteur. La profondeur de champ est modifiée : elle augmente avec la fermeture du diaphragme. Les objets en mouvement risquent d être flous. Risque aussi de flou de bougé si la vitesse est inférieure au 1/30s Ci-contre :IL : indice de luminosité Règle empirique : Ne jamais travailler à une vitesse plus faible que la focale. (exemples : 1/500s pour une focale de 300mm, 1/125s pour une focale de 100mm, 1/60s à 50mm OPTIQUE Un appareil photo numérique est avant tout un système optique : La qualité de l'objectif est primordiale sur les appareils à haute résolution. Il doit comporter plusieurs lentilles réparties en différents groupes et avoir reçu un traitement multicouche. Seul les réflex disposent d objectifs interchangeables et d une vraie visée réflex (visée à réflexion par miroir d où leur nom!) Visée reflex La parallaxe de visée des compacts à travers l œilleton est souvent importante lorsque les sujets sont proches, dans ce cas l utilisation de l écran est conseillée. (Indispensable en macrophotographie) La faible focale permet aux appareils d effectuer des macrophotos très rapprochées (quelques centimètres) c est un atout important pour les personnes souhaitant archiver leur collection de pierres, de timbres... La photonumérique se prête particulièrement bien à la macrophotographie. parallaxe de visée Certains appareils disposent d une visée au travers d un viseur électronique (comme les camescopes) : Ce type de dispositif, non content d augmenter la consommation électrique, ne permet pas d estimer correctement la profondeur de champ. Ce système montre une image plus lumineuse que la réalité, l image est saccadée, la résolution dérisoire (à fuir...) La distorsion en barillet est souvent présente dans les appareils bas de gamme surtout en position grand angle Les caractéristiques optiques, pourtant essentielles, sont souvent occultées au profit des caractéristiques électroniques (ouverture maximale? vitesse maximale?) et des gadgets logiciels. (mode paysage portrait, sport, reconnaissance des visages, voire même des sourires...) - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 25

26 PROFONDEUR DE CHAMP Un film argentique classique (35mm) délivre des images mesurant 36 24mm (ayant une diagonale de 43 mm). C'est le format d'image le plus répandu aujourd'hui dans tous les reflex et compacts. Pour un appareil numérique, du fait de la taille réduite du capteur, l'objectif doit être situé tout près du plan focal (plan du capteur) par conséquent les longueurs focales sont bien plus petites que sur un appareil photo argentique. Profondeur de champ La focale d un APN est donnée en équivalence 35mm car le facteur de conversion dépend de la taille du capteur : Un compact bon marché, avec un tout petit capteur aura une focale réelle de seulement 6mm pour une focale annoncée à 28 mm (division par 4 ou 5 suivant la taille du capteur). Il en résulte une profondeur de champ énorme quelque soit l ouverture. Il est pratiquement impossible de faire du portrait avec ce type d appareil à moins de s éloigner du sujet pour travailler en position téléobjectif, puis privilégier les grandes ouvertures de diaphragme. C est un des plus gros défaut du numérique par rapport à l argentique. Un photographe habitué à l argentique sera très surpris!!. C est pour cela qu il faut préférer un réflex. Les réflex contrairement aux compacts permettent de réduire la profondeur de champ afin d avoir de beaux «boken» (=flou de l arrière plan). Profondeur de champ en fonction de l ouverture et de la focale : cf Annexe Ces «problèmes» de mise au point précise et de profondeur de champ très faible se posent surtout avec les optiques lumineuses. C'est-à-dire soit des zooms hors de prix soit des focales fixes comme ce NIKON 35mm f1,8 Les zooms bon marché, livrés en standard, ouvrent généralement à seulement 3,5-5,6. Dans ce cas, la profondeur de champ augmente et il est difficile de faire du portrait (personnage qui se détache d un fond flou) (type photo de mode) (à moins d éloigner le sujet et zoomer!) Nikon 35 mm f1,8 non stabilisé. testé approuvé et acheté Exemple concret : Le VR ouvre au maximum à f3,5 (à la focale de 28mm): les photos prises en intérieur sans flash sont, malgré la stabilisation, souvent floues car la vitesse nécessaire est le 1 / 15s avec un ISO 1600 (le max) En utilisant, à la place, le 35mm f1,8 ci-contre, on gagne à 2 ou 3 «STOP» (= Cran d ouverture=il =Indice Lumineux),. C'est-à-dire qu il sera possible de travailler avec une vitesse 4 ou 8 fois supérieure et/ou un ISO plus faible. Gagner 3 IL permet par exemple de travailler au 1/60s (moins de photos de floues) avec un ISO de 800 (moins de bruit) et toujours sans flash pour des photos plus naturelles. ATTENTION : la stabilisation ne réduit que le flou de bougé du photographe! - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 26

27 FOCALE EQUIVALENTE et ANGLE DE CHAMP La focale équivalente est la focale du réflex qui donnerait le même angle de champ que la focale du photoscope. L angle de champ est donné par la formule : d α = 2 atan avec 2 f d : la diagonale du capteur en mm f : la focale de l objectif en mm Nous trouvons pour un film (43mm de diagonale) focale Angle de champ 28 mm mm 63 50mm mm mm 8 Dans le cas d un capteur CCD la diagonale est plus courte : la focale qui fournit le même angle de champ doit être proportionnellement plus petite. Le rapport de la diagonale d un par la diagonale du CCD donne le facteur de focale équivalente. Exemple concret n 1 La diagonale d un compact typique (petit capteur de 4,8 6,4 mm) est de 8 mm. La diagonale est donc 43/8=5,53 fois plus petite que celle d un film Pour retrouver un angle de champ comparable à un objectif 50mm sur un capteur il faudra une focale réelle de 50/5,53=9,3 mm sur ce petit capteur! Exemple concret n 2 : Le NIKON D40 a un capteur CCD de 15,8 23,6 mm soit 28 mm de diagonale (Pythagore). La diagonale est 43/28=1,53 fois plus petite que celle d un film La taille du capteur est une donnée essentielle aussi bien pour la sensibilité que pour la focale! Les reflex au capteur APS 15,8 23,6 mm on un «crop factor» voisin de 1,5 (1,6 pour CANON car capteur légèrement plus petit voir page 16) Nikon stabilisé testé approuvé et acheté (cher!) Un 35 mm se transforme donc en 50mm, Un se transforme en ! Les focales de ce beau seront donc équivalentes à un sur un appareil 35mmc Rmq amusante : La surface du capteur CCD d un réflex full frame.(24 36) est environ trente fois supérieure à la surface de celui d un compact : Il ne faut pas s attendre aux mêmes résultats - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 27

28 ZOOM OPTIQUE ZOOM NUMERIQUE Faites aussi attention à la distinction entre zoom optique et numérique. Ce dernier est soit une fonction logicielle qui grossit une partie de l'image en créant artificiellement par interpolation des points intermédiaires, soit un recadrage de la photo sur le centre du CCD en diminuant la taille de la photo Ces deux fonctions ne sont d aucune utilité. Les mêmes résultats peuvent être obtenus par recadrage et/ou rééchantillonage dans n importe quel logiciel de retouche. Le zoom optique est la plupart du temps,sur les compacts, électrique, il en résulte un cadrage approximatif du fait de l inertie du moteur, la composition s en trouve incertaine. Un réglage manuel serait tellement plus précis et moins consommateur d énergie! Le zoom numérique n est d aucune utilité. C est un artifice commercial. MODE VIDEO. Souvent limité à 25 images par seconde en HD p (c'est-à-dire même pas 1 mégapixel!!!) Ce mode est encore souvent un gadget peu utile sur un réflex comme le NIKON D90 ou le CANON 500D. D une part les fichiers produits sont énormes, les cartes se remplissent très rapidement mais le principal défaut provient de l impossibilité du fonctionnement de l autofocus par détection de phase. L appareil se rabat sur un autofocus par contraste (comme sur les compacts) qui est très lent et pompe souvent (pomper = chercher la mise point) Cela nous ramène une dizaine d années en arrière sniff.. sniff Par contre la faible profondeur de champ procurée par une optique très lumineuse (1,4 ou 1,8) permettra des effets vidéo de netteté impossibles à obtenir avec un caméscope standard. Sur un compact, par contre, ce n est pas, comme on serait tenté de le penser, un gadget inutile surtout si l appareil dispose d un (ou deux) micros. Cela permet d obtenir de courtes séquences animées ne nécessitant aucun montage vidéo (ceux qui ont déjà monté un film DV comprendront!) et se transférant rapidement sur l ordinateur. Le mode vidéo des réflex est encore difficilement utilisable car l Autofocus est inutilisable. Sur les compacts c est un réel plus (Panasonic TZ7) - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 28

29 AUTOFOCUS L'autofocus est un point important car de nombreux constructeurs de compacts très bas de gamme profitent de la grande profondeur de champ due à la faible focale pour faire une mise au point fixe à une distance intermédiaire. (softfocus). Cette mise au point assure une netteté moyenne de l image, mais empêche de faire des portraits nets. De même, le mode macro peut être indispensable si vous voulez faire des prises de vue rapprochées. Sur les compacts, la grande majorité des moteurs de l autofocus ne sont pas à ultrasons : il en résulte un fonctionnement bruyant, et avec une inertie importante dans le réglage de netteté. La rapidité de l autofocus est cruciale pour pouvoir faire de la photographie sportive (c est à dire, en numérique, photographier son gamin de 6 mois à quatre pattes...) Le bruit des moteurs du zoom et de l autofocus empêche leur utilisation pendant le mode vidéo lorsque l appareil dispose d un micro. Ce problème de bruit du moteur est réglé sur les camescopes par l utilisation d un moteur à ultrasons aussi bien sur le zoom que sur l autofocus. Les autofocus des compacts numériques sont lents et bruyants. FLASH Enfin, tous les modèles sont désormais équipés d'un flash intégré. Il doit pouvoir être déconnecté à la demande et disposer d'un mode «anti yeux rouges».( supprimant du même coup la spontanéité de la photo) Souvent, sur les compacts, ce flash est de piètre puissance et grand consommateur d énergie. Les résultats de nuit sont souvent sombres. Rmq : Il est possible d asservir un flash externe plus puissant soit à l aide d une prise synchro, soit par un déclencheur optique déclencheur optique Cet interrupteur sera commandé optiquement par le flash de l appareil : Attention certains appareils envoient un pré-flash pour faire la balance des blancs : Cet accessoire devient alors inutilisable. (déclenchement prématuré) MESURE d EXPOSITION Le système de mesure d'exposition, ou posemètre de l'appareil, est aussi très important, il règle les paramètres (vitesse, ouverture) lors de la prise de vue. Le meilleur système de mesure de lumière est bien entendu la mesure matricielle, qui consiste à calculer précisément la quantité de lumière présente dans chaque partie de l'image. Certains appareils de moyenne gamme en sont pourvus. La majorité des boîtiers offre une mesure de lumière pondérée centrale. Les zones sérieusement surexposées de l'image ne seront pas rattrapables même avec un bon logiciel de traitement d'image. - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 29

30 LE STOCKAGE La capacité mémoire détermine le nombre de photos que vous pouvez stocker. Ce nombre dépend de la résolution de l'appareil. Typiquement un Mégapixel fournit des fichiers de 600 ko en compression jpg minimale, un Bimégapixel des fichiers d environ 900 ko. un Trimégapixel des fichiers d environ 1,5 Mo La plupart des appareils fournissent 3 niveaux de compression jpg qui divisent le poids de l image non compressée par 6, 12 ou 24. Poids typique suivant la résolution : Non compressé et compression jpg fine 3-Mégapixels : 9.4Mo 6-Mégapixels 18 Mo 10-Mégapixels 30 Mo 12-Mégapixels 36 Mo 1.5Mo 2Mo 2,5 Mo 4 Mo Ces valeurs sont approximatives car le taux de compression jpg dépend du niveau de complexité de l image: Une image contenant de nombreux feuillages et un ciel tourmenté sera plus lourde qu une photo contenant un bâtiment uniforme et un ciel clair. Le photoscope doit pouvoir stocker les photos sans compression (.CRW ou.cr2 chez Canon,.ORF chez Olympus ou encore.nef chez Nikon.). Ce mode gourmand en place mémoire, car disposant de plus de dynamique, permet de vraiment tester les capacités techniques de l appareil sans être gêné par l'algorithme de compression JPG qui détériore de façon irréversible la photo et réduit la dynamique à 8bits au lieu de 12. Le format utilisé est propriétaire et dispose d une compression sans perte, le taux de compression varie entre 1.5 et 2 ce qui est très faible par rapport au JPG qui peut diviser la taille d une image par 24 sans perte apparente. L intérêt provient que ce fichier est «brut de CCD» sans qu aucun algorithme irréversible (Balances de blanc, accentuation, contraste, compression jpg n ait été effectué. Cela permet d effectuer tous ces réglages à posteriori devant l ordi (c est par contre énormément chronophage ) Les constructeurs, des compacts, utilisent souvent des taux de compression jpg trop élevés pour stocker toujours plus de photos dans une carte. Il en résulte des artéfacts de compression (marbrures ou échelles). Le résultat est une perte de détails ou de piqué dans l'image. Ceci peut être difficile à percevoir sur un moniteur, néanmoins une légère altération dans les textures et les couleurs est souvent perceptible. Les échelles sont surtout visibles dans les nuances d un ciel bleu, les marbrures apparaîtront sur les mailles d un lainage par exemple. La visualisation en taille 1 pour 1 révèle souvent des détails invisibles lorsque l image est en plein écran. L'inconvénient du format JPEG réside aussi dans son mauvais traitement des bordures franches et du texte qu'il tend à rendre flou en mélangeant les bords avec le fond. Il est donc à proscrire pour la photographie de schémas aux contours francs (préférer le GIF) Memory stick et son adaptateur PCMCIA : Mémoire flash trop propriétaire.(sony) - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 30

31 En pratique, la mémoire doit être d au moins de 1 Go. L augmentation des capacités et la baisse des prix des mémoires permettent de stocker des milliers de photos sur une carte de 4 Go. Attention, en photo numérique on mitraille et brackete beaucoup plus qu en argentique!. Le mode bracketing de certains réflex, permet de prendre 3 ou 5 photos avec des expositions différentes ou même avec une exposition identique mais en faisant varier le couple ouverture / vitesse : ainsi on peut choisir après coup la photo la mieux exposée ou celle ayant la meilleure profondeur de champ. La photo numérique est propice au bracketing. Le bracketing permet de faire des photos HDR Le format le plus courant est le format SD et SDHC (haute capacité jusqu à 32 Go ) ATTENTION : Attention tout de même, de ne pas mettre tous ses œufs dans le même panier AUTONOMIE A long terme, les APN réseau enverront directement vos photos par le réseau GSM sur le disque dur de votre provider ou sur le cadre photo wifi de la gand mère! (déjà dispo en dec 2009) Voir : SD Eye-Fi : Une carte SD de 2 Go disposant d une puce Wifi intégrée! L'autonomie électrique est un élément essentiel dans le choix d'un appareil. En effet, ce dernier consomme beaucoup d'énergie notamment quand l'écran LCD est allumé, quand on se sert du flash, ou lorsque l'on transfère ses photos vers l'ordinateur : Un jeu de 4 piles LR6 peut être épuisé en typiquement 45 min d utilisation! La plupart des appareils seront donc alimentés par des accumulateurs rechargeables ou des batteries propriétaires.. Si la batterie est propriétaire, il faudra envisager l achat d une deuxième en complément (souvent assez cher) Il faudra donc toujours rester à proximité du 220V. Par contre l emploi d accu NiMH au format LR6 (pile bâton standard) permet d éviter la panne sèche : possibilité d acheter n importe où des piles alcalines standards. A noter : On peut trouver des accus rechargeables type LR6 1,2V de 3000mAh de marque GOLDEN POWER Nickel-metal hydride (NiMH, rechargeable) Nickel-cadmium (NiCd, rechargeable) Lithium (non-rechargeable) Alkaline (non-rechargeable) Voir pour une explication de l effet mémoire. - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 31

32 ERGONOMIE et FONCTIONS QUI FONT LA DIFFERENCE Un appareil photo numérique doit pouvoir être utilisé facilement et de manière intuitive. Les constructeurs ont mis l'accent sur la qualité de l'interface et de la navigation. Les réflex CANON sont souvent plus intuitifs que les réflex NIKON Mais certaines fonctions peuvent faire la différence : Exemple 1: Le NIKON D40 (et tous les réflex NIKON d ailleurs) disposent d un mode AUTO-ISO avec réglage de l iso max et de la vitesse min. L appareil en mode automatique, pour un sujet peu lumineux, diminuera la vitesse AVANT de monter en ISO, ceci sans descendre en dessous d une vitesse minimale préalablement choisie. Cela permettra de travailler toujours avec un ISO le plus faible et donc de limiter au maximum le bruit. Exemple 2 : Tous les réflex milieu de gamme disposent de la fonction «D-lighting» qui permet de sousexposer légèrement la photo pour ensuite augmenter le gain localement dans les zones sombres. (Indispensable car cela augmente artificiellement la dynamique) (Possibilité, toute fois, d effectuer ce traitement à posteriori dans photoshop) Exemple 3 : Certains réflex «haut de gamme» disposent de fonctions évoluées permettant de corriger logiciellement : les aberrations géométriques (barillet / coussinet), les aberrations chromatiques (franges de couleur) et même le vignetage (bords sombres) de n importe qu elle optique montée sur le boîtier Sur les compacts, la lenteur reste une caractéristique essentielle: mise en marche (~2s) durée entre l affichage de deux photos (1s). Cette durée peut être exaspérante.. Sur les compacts, l écran LCD sert de viseur, mais il permet aussi d'effectuer un certain nombre de réglages lors de la prise de vue: choix de la résolution, du taux de compression, mise au point, etc. L'écran LCD doit être assez grand (3 pouces) et suffisamment lumineux et contrasté pour être utilisé en plein jour et surtout disposer de beaucoup de pixels! On doit pouvoir le désactiver afin d'économiser les batteries. Il doit aussi avoir un taux de rafraîchissement élevé pour ne pas obtenir une image saccadée lorsqu on vise un sujet Le viseur optique est le seul utilisable sur les réflex numériques (sauf les réflex avec la fonction Live view qui font aussi vidéo) (NIKON D90 et CANON 500D) L APN doit, idéalement, disposer d un écran à cristaux liquides rappelant tous les paramètres de l appareil (Vitesse, Diaphragme, ISO, compression, résolution, flash, piles ) Ce petit écran est préférable à l affichage sur l écran LCD car il consomme peu d énergie. Sur les compacts la protection automatique de la lentille frontale est indispensable. Une caractéristique essentielle d un APN est le temps de latence entre le moment ou l on appuie sur le déclencheur et le moment où la photo est prise. Celui peut être très élevé (typiquement 0.5 à 1s, voire plus si l autofocus est lent) Avec un compact, les photos sportives et/ou animalières sont à exclure. (à moins de photographier un escargot sous TRANXEN!) les réflex numériques même d entrée de gamme sont bien plus réactifs Il peut être intéressant de savoir si l APN peut être piloté par l interface USB. Dans ce cas Il sera possible de faire de la chronophotographie lente (Une photo tous les quarts d heure pendant une semaine) La - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 32

33 capacité de la mémoire importe peu car chaque photo est transférée sur le disque dur. Cela peut être utile pour des manipulations très lentes. (Cinétique, éclosion d une fleur...) les résultats seront de meilleure qualité qu avec une webcam du fait de la résolution meilleure ; Dans le même ordre d idée, il est possible de transformer le photoscope en WEBCam haute résolution. La photo prise toutes les minutes sera transférée sur le disque local puis sur un serveur WEB en FTP. Sortie TV : Tous appareils disposent d'une sortie TV, ce qui permet de visualiser les prises de vue sur un écran de télévision ou d enregistrer en analogique les photos sur un magnétoscope de salon. (via un adaptateur) Il sera possible d utiliser un apn compact sur un trépied pour visualiser sur la TV une expérience en temps réel. Celui-ci remplacera avantageusement toute les «flexcam» coûteuses qui n ont pas la fonction mémoire!! (Une WebCam couplée à un vidéo projecteur sera aussi bien et moins chère) A noter : Il est possible de rééchantillonner une image quelconque au format de l appareil photo (un schéma provenant d un scanner, d une capture d écran ou d Internet) pour la renvoyer dans l appareil photo afin de la montrer à un public sur une télé. Le photoscope devient ainsi un «blocphoto». Les appareils disposent d un firmware upgradable. Il s agit comme pour le BIOS d un PC, d une mémoire non volatile qu il est possible de modifier en téléchargeant, sur le site du constructeur, une version améliorée avec des fonctions nouvelles Nikon D300 L offre logiciel est aussi à prendre en compte si vous ne disposez d aucun logiciel graphique. La plupart de ceux fournis sont des versions allégées ou bridées de logiciels du commerce. Il est souvent frustrant d utiliser ce type de logiciel. La plupart des petits compacts bon marché s utilisent en viser/déclencher sans qu aucun réglage de vitesse, d ouverture ou de netteté soit nécessaire. Il s agit donc plus de périphérique d acquisition d image que de véritables appareils photos. La compacité d un appareil peut être un facteur primordial pour certains, mais il vaut mieux retenir que pour l instant, en photo numérique, compacité et qualité des photos sont souvent antinomiques! Il faut noter que tous les APN disposent d une horloge interne permettant un horodatage de toutes les photos à la seconde près. Il est préférable que cette horloge soit alimentée par une pile bouton auxiliaire. - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 33

34 Un utilitaire du type «PICTURE INFORMATION EXTRACTOR» permettra de renommer toutes les photos en fonction de la date contenue dans l entête de la photo (Exif-jpg) Exemple h 23min 34sDSC00043.jpg (classement plus facile!) Cela permettra un classement chronologique des 50 GigaOctets de photos disponibles sur votre disque dur.. Cela peut aussi permettre de Géo-localiser à posteriori les photos en les synchronisant sur l heure de la prise de vue à l aide d un «tracker GPS» : l association diabolique d une clé USB et d une puce GPS! Toutes les 10 secondes la puce GPS fait le point satellite et stocke date et position dans la mémoire. La mémoire sera ensuite vidée comme une simple clé USB et un logiciel permettra de synchroniser, par la date, les EXIF de la photo avec les coordonnées GPS. Il sera donc possible de visualiser dans google map où ont été prises toutes vos photos. (Et accessoirement de pister votre époux (épouse, enfant, chien : barrer les mentions inutiles ) en laissant négligemment cette clé dans la boite à gant (cartable, collier ;, ) Voir tous problèmes liés à la géolocalisation (par GPS, par GSM, par WIfi et Bluetooth I-Got-U En 2001, j écrivais cette conclusion : L'âge adulte de la photo numérique s amorcera lorsque les boîtiers reflex numériques réseau permettront, d une part, de s affranchir des moyens de stockage habituels, et d autre part de conserver l élément essentiel de la photographie : la qualité des optiques. Pour l instant la plupart des photoscopes ne sont que des petits compacts pour amateur passionné. En 2009, j écris cette conclusion : La photo numérique a bien mûri avec la démocratisation des réflex numériques. Il reste encore de nombreux progrès à faire dans le domaine de la dynamique, de la sensibilité et de la taille des capteurs. De ce fait, la course aux pixels est une hérésie technique! Le stockage réseau sans fil devrait se généraliser bientôt L élément technique essentiel de la photographie reste, pour moi, la qualité des optiques même si des artifices logiciels permettent de corriger de nombreux défauts optiques. «Assemblage» de 16 photos avec Photovista : panoramique 360 (St Appolinard dans le parc régional du Pilât) Je tiens à remercier Mario DAL ZOTTO, François THOMAS, Christophe REGNAULT (FNAC St-Etienne ) pour les prêts de matériel et les conseils techniques. (photoscopes (~35), camescopes, Mini DV, scanners A4, scanners de diapo, Minidisc, compression audionumérique MP3, ATRAC, cartes DV... ) PG. - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 34

35 Voici une liste d utilitaires : (en gras les indispensables) (tous testés...) Si une adresse n est plus disponible faire une recherche sur le nom du logiciel avec google Leechget pour reprendre les téléchargements interrompus 7-Zip Pour décompacter :!) Certaines versions plus anciennes de ces logiciels sont gratuites... VIEWIER ACDSee Classic v2.43 (1.5Mo) Ou ACDSee 4.0 (11.5Mo) Archétype de l'utilitaire indispensable. La vieille version classic(2.4) est suffisante et surpasse tous les autres logiciels en vitesse d affichage Irfanview irfanview.tuwien.ac.at/english.htm Idem Gratuit Faststone viewer Idem Gratuit RETOUCHE Adobe Photoshop Retouche niveau professionnel CAPTURE D'ECRAN Camstudio Camtasia Faststone screen Capture Capture d'écarn animé (gratuit) Capture d'écran animé + Montage (payant) Capture d écran simple et efficace (gratuit) MANIPULATION JPG Thumbnailer Gratuit Vignetteur très efficace Fastone image resizer Idem Gratuit Picture Information Extractor v3.2 Extraction Infos dans jpg, Multi rename suivant la date IMPRESSION Arcsoft photoprinter Simple gratuit et efficace PANORAMIQUE Voir Photovista Simple et très efficace The Panorama Factory v1.6 gratuite! Faire une recherche sur «stich photo» - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 35

36 Calcul théorique de la profondeur de champ (PDC) La profondeur de champ est le fait du pouvoir de résolution limité de l œil ou de la pellicule photo. Dans une image floue, chaque point de l objet donne un petit disque lumineux sur le film (dans le cas de l appareil photo numérique, sur le capteur CCD). On va considérer que l image est nette lorsque le diamètre de ce disque est inférieur à une certaine tolérance e appelée «cercle de confusion». La valeur de e dépend du facteur d agrandissement appliqué à l image, de la distance d observation de l image finale ainsi que du fait qu on soit plus ou moins exigeant sur ce point. En 24 x 36, on prend couramment e = 30µm. plan du capteur CCD, de la pellicule ou de l oeil I d P A 1 A A 2 A 1 A e A 2 O Q Profondeur de champ J Notations Diamètre du diaphragme : d = IJ Diamètre du cercle de confusion : e = PQ Position de l objet A: OA = p Position de l image A de A : OA = p A 1 : OA 1 = p 1 A 1 de A 1 : OA 1 = p 1 A 2 : OA 2 = p 2 A 2 de A 2 : OA 2 = p 2 Remarque : p 1 est la distance maximale de netteté et p 2 la distance minimale. Position des foyers : foyer objet OF = f foyer image OF = f L ouverture N du diaphragme, définie par : N = f / d ( A' O ') d OA ' 1 = 1 + OA e 1 1 e = + OA' 1 OA' d. OA' d OA' = 1 e A' 1 A' 1 1 e = p' p' d. ' Dans les triangles semblables IJA 1 et A 1 PQ, on peut écrire : soit 1 p e ( A ' O 1 ) 1 + OA ' = OA ' 1 d Descartes appliqué aux couples (A 1, A 1 ) et (A, A ), On a donc : 1 p' e = d. p' + = p1 f ' + p f ' p1 p 1 = + p 1 ' 1 1 f p 1 et = 1+ 1 = p' p e dγ 1 p + 1 f ' De même dans les triangles IJA 2 et A 2 PQ, on peut écrire d = e OA' 2 A' A' 2 1 p' 1 e = p' 2 d. p' On a donc : e = + = d. p' p f ' + p2 f ' p p 2 p 2 p = 1 e dγ p' γ = p 1 1 = p' p Alors, sachant que le grandissement et alors 1 f ' γ = f ' p + f ' L ouverture N du diaphragme est définie par le rapport de la focale par le diamètre d ouverture N = f / d En reprenant les formules trouvées ci-dessus, on obtient : e = dγ e f ' f ' p + f ' N et avec f =-f, ( f ' p) e e Ne. = = + 2 dγ f ' f ' f ' p + f ' N - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 36

37 p 1 = p Ne( f ' + p) + f 1 2 p = 1+ A et p = p Ne( f ' + p) f ' p = 1 A Ne( f ' + p) 2 avec A = f ' La profondeur de champ sera donc p p p(1 + A) p(1 A) 2 pa p 2 p1 = = = 2 pa (1 + A A 1+ A 1 A 1 A pa p 2 p1 = 2 pa (1 + A 2 1 A 2 2 ) 2 ) Elle augmente ainsi avec N (c est-à-dire plus le diaphragme est fermé), avec la distance de mise au point (p, qui correspond à l éloignement du sujet photographié), avec e,par contre, elle diminue avec la focal (f ) DISTANCE Une simulation ci-contre avec un objectif de 50 mm est une ouverture de 8 On s'aperçoit qu avec une distance de mise au point de 15 m l image sera nette de 8m jusqu à l infini Idem mais cette fois ci en faisant varier la focale de 28 mm (grand angle) jusqu à 350 mm (téléobjectif) pour une mise au point faite à 5m et toujours une ouverture de 8 Les focales supérieures a 100mm sont adaptées au portrait On pourrait montrer la PDC reste constante avec le rapport focale/distance de mise au point = rapport de reproduction. Par contre les perspectives sont modifiées FOCALE 3 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0, DIAPH Idem mais cette fois ci en faisant varier l ouverture pour une mise au point faite à 5m et toujours un objectif de 50 mm On voit l influence prépondérante de l ouverture La profondeur de champ est toujours supérieure à l arrière du sujet règle simple 1/3 devant 2/3 derrière - Lyon - Images numériques Photographie numérique - Décembre page 37

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