Partie 3- Section 00 RAW Capteur numérique Guy Kivits - p. 1
Photographier Photographier consiste à capter l' énergie lumineuse émise / réfléchie par une scène pour en enregistrer / mémoriser une image (virtuelle) d une réalité / d un sujet sur un support qui pourra représenter cette image (physique). Traitement interne Capteur Appareil de prise de vues Enregistrement Scène Carte mémoire Lecture Représentation La représentation de la scène sera plus ou moins fidèle en fonction des opérations d'enregistrement et de lecture. Guy Kivits 2
Capteur (introduction) Le capteur est une matrice (grille, raster) de photosites (cellules photosensibles). Un photosite est un composant électronique qui capte l énergie lumineuse et produit un courant électrique proportionnel à son éclairement. Capteur CCD 6,24 MP du "Nikon D70" Eclairement Photosite mesure du courant Micro-lentilles pour concentrer la lumière Structure d un capteur superccd Fuji Matrice de bayer (filtres colorés) Photosites Registre de lecture des photosites Guy Kivits - p. 3
Quantification du photosite Courant proportionnel à l éclairement: si e2 = 2 * e1 alors i2 = 2 * i1 ou si e2 = n * e1 alors i2 = n * i1 i m i2 Courant généré Saturation Saturation à partir d un certain éclairement e m, i1 il n y a plus d augmentation du courant Eclairement Digitalisation/Numérisation du courant On va diviser le courant i m en un certain nombre d espaces égaux. e1 e2 e m C est la dynamique/profondeur d analyse. Courant généré i m En 256 valeurs, codage sur 8 bits En 1 024 valeurs, codage sur 10 bits En 4 096 valeurs, codage sur 12 bits En 16 384 valeurs, codage sur 14 bits Dans le schéma exemple : 8 valeurs = codage sur 3 bits éclairement "ex" sera codé " 5 " 7 = "111" 6 = "110" 5 = "101" 4 = "100" 3 = "011" 2 = "010" 1 = "001" 0 = "000" ex e m Eclairement Guy Kivits - p. 4
Echantillonnage capteur (0,0) ou p = 0 x Repérage des photosites dans la matrice 2 codages : ou position matrice = (x,y) position vecteur = (p) (ordre si on lit ligne par ligne gauche-droite, puis vers le bas) (0,10) ou p= 10 (2,4) ou p= 28 (7,0) ou p= 72 y Matrice ci-dessus : (12 colonnes, 8 lignes) Définition : 12 * 8 = 96 photosites Rapport des côtés : 12 / 8 = 3/2 L échantillonnage consiste en la découpe en élément discret (pixels) de l image captée. Guy Kivits - p. 5
RVB Une image en couleur Rappel très sommaire : Couleurs primaires Une image en niveaux de gris ~= niveaux de luminance Les études sur la couleur montrent que l on peut créer n importe quelle couleur à partir de trois couleurs primaires judicieusement choisies. En fonction du choix des primaires on couvrira plus ou moins l ensemble des couleurs visibles : l espace des couleurs. En synthèse additive, les primaires Rouge, Vert, Bleu (ces couleurs peuvent être définies différemment) En synthèse soustractive : impression, c est les CMJ(K) Cyan, Magenta, Jaune (et noir). Les peintres utilisent des primaires différentes! Guy Kivits - p. 6 Représentation/notation des couleurs : RVB (srvb,adobergb), TSL, L*a*b,...
Luminances du capteur - Quantification La luminance est la mesure instrumentale d une énergie lumineuse. Dynamique 10 bits ==> valeurs de luminances : de 0 (" 000 ") NOIR à 1023 (" 3FF ") BLANC. 0468 0468 0468 1023 0468 0468 0468 0468 0468 0468 1023 - Lecture de la matrice 0600 0744 0744 0744 0744 0600 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0744 - quantification et 0000 0000 0876 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 - écriture en mode vecteur (p). Données RAW 0468 0468 0468 1023 0468 0468 0468 1023 0468 0468 0468 0600 0744 0744 0744 0744 0600 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0000 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0744 0000 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 0876 Guy Kivits - p. 7 La luminosité est l impression physiologique d une luminance
Et la couleur? Devant chaque photosite de la matrice est placé un filtre de couleur Rouge, Vert ou Bleu (RVB). La luminance détectée par un photosite dépend du filtre qui lui est associé. C est à dire que pour chaque cellule de la matrice, on ne dispose que d une seule composante du codage RVB. C est le filtre de Bayer. Il comporte deux fois plus de filtres verts que de bleus ou de rouges. L oeil est plus sensible au vert. Par calculs avec les cellules proches on va évaluer chacune des deux autres composantes. C est l opération de " dématriçage "! (démosaïsage) En fonction du réglage de l appareil de prise de vue, cette opération aura lieu en interne ou sur ordinateur. RVB (Rouge, Vert, Bleu) = RGB (Red, Green, Blue) Guy Kivits - p. 8
Bayerisation Avant dématriçage (demosaïçage) Après dématriçage (demosaïçage) Guy Kivits - p. 9
Traitements Carte mémoire Appareil de prise de vues Capteur IMG Traitement INTERNE RAW Scène Réglages (Menu) Utilisateur Propriétés appareil La construction du fichier RAW (image brute captée) est propre à chaque appareil (identifié par l extension : NEF, CR2,...). Le fichier RAW tel quel n est pas " visualisable "; il faut le développer! Développement en INTERNE les réglages de l appareil (menu) fixés par l utilisateur seront pris en compte et interprétés. Développement en EXTERNE il faudra disposer d un logiciel " connaissant " les propriétés de l appareil de prise de vue pour interpréter le RAW. (Par exemple: nombre de photosites par ligne et par colonne, position des filtres sur le filtre de Bayer,...). Les réglages de l appareil n ont pas été interprétés, l utilisateur pourra les fixer et les modifier au moment du traitement. IMG Lecture Représentation RAW Traitement EXTERNE Logiciel TI IMG Carte mémoire Guy Kivits Propriétés appareil Commandes (Réglages) (Logiciel) Utilisateur Ordinateur 10
Conversion RAW - JPG RAW (propriétaire) 12 bits/ 14bits / 16 bits /... Toutes les fonctions notées " En fonction réglage de l'appareil " sont ajustables sur l ordinateur en cas de conversion externe. Dématriçage RVB (12) Netteté Balance des blancs Correction Gamma Construction RVB 8 De-mosaicing - Interpolation de la matrice de Bayer (sauf Foveon). Exige une grosse puissance de calcul : Algorithme itératif, en plusieurs passes. Sharpening sinon l'image est douce, parfois trop; cela entraîne des halos autour des arrêtes. Dans tout processus cela doit être une étape tardive. En fonction réglage de l'appareil : contraste, choix mode White balance En général la balance automatique est bonne, sauf dans des cas très particuliers. En fonction réglage de l'appareil : choix balance Gamma correction En fonction réglage de l'appareil Compression (& définition) En fonction réglage de l'appareil : espace couleur,choix qualité,puissance processeur, mémoire disponible 8 bits JPG Guy Kivits 11
Raw - JPG RAW Nécessite un traitement Paramètres ajustables (APRES prise de vue) Sans pertes Fichier lourd (1) Dynamique (12, 14,... bits) Meilleure conversion vers JPG sur ordinateur, processeur plus puissant que sur appareil. (sauvegarde supplémentaire nécessaire dans un format "commun") > < < > < - < - JPG Visualisable immédiatement Paramètres à régler (AVANT prise de vue)(2) Pertes de compression Poids très léger possible Dynamique 8 bits Compromis vitesse/nombres de passes RAW format propriétaire, évolution sans préavis du propriétaire. C est un ORIGINAL, pas un format final. Intéressant dans les cas de contrastes extrêmes. Intéressant dans les cas de sources de lumières difficiles JPG est un format FINAL (impression, affichage, ); pas format de travail. ok pour archives si retraitement improbable (1) A noter qu un TIF, si cette option est offerte, est plus lourd qu un RAW (>~1,5 fois) Tailles fichier indicatives: Fichier JPG de haute qualité 4 Mo / fichier Raw (suivant dynamique) 12 à 20 Mo / Tiff 30 à 50 Mo! (2) voir conversion RAW-JPG Guy Kivits 12
Avantages et inconvénients du RAW Les options de menu de l appareil proposent en général plusieurs possibilités pour les fichiers a enregistrer dans la carte mémoire: - JPG seul (compression réglable) - RAW seul - JPG (haute/basse qualité) et RAW Notes: La de-raw-tisation sur PC permet grâce à la plus grande puissance disponible, de réaliser des algorithmes plus performants. Sur l'appareil les puissances, tailles mémoires sont réduites; de plus l'enregistrement doit être rapide (attente entre 2 vues); le fabricant doit faire un compromis. A noter que de très grands progrès sont faits dans la réalisation des algorithmes "embarqués" dans les appareils : l'aspect de l'image peut être comparable à celui après traitement sur PC. Notes: Le fait de ne pas traiter l image dans l appareil permet de " retarder " certains choix ou d en essayer d autres au développement. L idéal est cependant d exposer correctement dès la prise de vue. Guy Kivits - p. 13
Interprétations de spécification d un capteur Taille & focale équivalente Canon 400D capteurs CCD CMOS Super CCD Foveon Filtre de Bayer Type Fichiers Dynamique RAW 12 bits JPG interne Compression : Fine/Normale Rééchantillonage Grand/Moyen/Petit Poids fichier estimé Définition image Guy Kivits - p. 14
Taille des capteurs Rapport Largeur/Hauteur Largeur (mm) Hauteur (mm) Diagonale (mm) Surface (mm²) Format L/H L H D S Facteur Diamètre du cercle circonscrit au capteur qui couvre correctement sa surface (Format ~= 1,5 x D) (évite les aberrations en bordure) 1/2,5" 4/3 5,1 3,8 6,4 20 6,8 1/1,8" 4/3 7,1 5,3 8,9 39 4,9 1/1,7" 4/3 7,5 5,6 9,4 43 4,6 1/1,6" 4/3 8,0 6,0 10,0 49 4,3 2/3" 4/3 8,8 6,6 11,0 59 3,9 4/3" 4/3 17,8 13,4 22,3 243 1,9 APS-C 3/2 22,2 14,8 26,7 329 1,6 APS-C 3/2 23,4 15,7 28,2 382 1,5 24*36 3/2 36 24 43,3 900 1,0 Full Frame (Plein Format) Canon Nikon Facteur = Lfull / LCapteur Facteur(400D) = 36 / 22,2 = 1,621 D Format Guy Kivits - p. 15
Taille des capteurs Source :http://www.cnetfrance.fr/ Guy Kivits - p. 16
Annexes Guy Kivits - p. 17
IL vs. valeurs Dynamique (12 bits) 4096 2048 valeurs 2048 1024 valeurs 1024 512 valeurs 512 256 valeurs 256 2 Luminance 1 2 4 8 (en unité abstraite) 1 16 Intensité 1 IL 1 IL 1 IL lumineuse incidente Guy Kivits - p. 18 En photo, quand le rapport entre deux quantité d énergie lumineuse est de deux, il y a 1 IL de différence ( 1 cran de diaphragme ou 1 vitesse ). On voit que pour l IL le plus élevé, on dispose de 2048 nuances sur 4096. Val Max 4096 2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 Nuances par IL 2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1 Dans les basses lumières, on a de moins en moins de valeurs pour exprimer les nuances sur un IL! A la prise de vue, on favorisera les hautes lumières (sans les brûler). n aura ainsi plus de nuances dans les basses lumières! Non représenté dans le graphique ci-joint.