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Les articles d'Henri Gaud
la sensito en numérique
(aspects théoriques)
la sensito en numérique (suite)
(aspect pratiques)

La sensito du Numérique : 
une introduction à 3 articles 
d'Henri Gaud

par Emmanuel Bigler

L'utilisation de la capture numérique directe d'images est pratiquée par les scientifiques depuis plus de 20 ans, mais c'est seulement depuis la fin des années 1990 que les photographes commencent à connaître et à utiliser les capteurs silicium. D'abord rebutés soit par le prix soit par la qualité d'image insuffisante (pas assez de pixels dans le capteur) les photographes n'ont pas pris tout de suite la mesure du progrès considérable apporté par le silicium sur le film et termes de bruit, de sensibilité en basse lumière, de linéarité, de gestion du contraste et de gestion du rendu colorimétrique. D'une certaine façon, on peut dire que le maigre nombre de pixels proposé au tournant des années 2000 par rapport à la moindre prise de vue sur film (exception faite des dos à balayage, réservés aux sujets statiques) a fait pendant quelques années écran à la perception de la vraie révolution apportée par les détecteurs d'images photographiques silicium. Cette période est totalement révolue.

Dans cette série de trois articles Henri Gaud commence par ce qui a le moins retenu l'attention des photographes, à savoir le rendu photométrique et la maîtrise de la sensibilité équivalente ISO et des contrastes dans un capteur numérique associé à son traitement informatique interne. Dans une deuxième partie, Henri Gaud examine sur des prises de vues réelles les différentes possibilités d'utilisation d'un capteur numérique dans des conditions de réglage de sensibilité ISO et de post-traitement différentes. On montrera en particulier l'incroyable progrès en termes de dynamique et de bruit apporté par le capteur silicium par comparaison avec le film. Enfin dans un troisième article seront présentés des tests comparés de résolution et de bruit entre un appareil 24x36 à capteur silicium plein format, un appareil à film 6x8cm et une chambre 4"x5".

Note technique préliminaire

Ce qui est testé dans ces articles, c'est l'association d'un capteur photographique 24x26 (celui du Canon 1Ds MkII) avec son logiciel de traitement interne ; le fichier RAW auquel le photographe a accès en vue de ses post-traitements est déjà le résultat d'un calcul auquel l'utilisateur n'a pas accès directement.

On ne sait pas ce qui est stocké dans un fichier RAW, puisque ces formats ne sont pas définis dans des documents publics. Très probablement les données sont-elles très proches de la physique du capteur dont la grandeur de sortie est linéaire en fonction de l'éclairement incident. Néanmoins, dès qu'on a converti ce fichier RAW pour le re-travailler, ce qui en sort sont des niveaux d'image convertis selon une loi en puissance (et non plus une représentation proportionnelle à l'éclairement incident), représentation des niveaux qu'il est intéressant d'afficher comme on représente les courbes de noircissement du film (traditionnellement tracées en échelles logarithmiques), non pas par quelque nostalgie des densités optiques d'un film noirci, mais simplement parce que l'œil demande une échelle non linéaire des niveaux de l'image afin que les gammes de gris apparaissent en progression harmonieuse.

Dans ce premier article on ne détaille pas le fonctionnement séparé des trois canaux colorés RVB, on s'en tient à l'analyse des courbes de rendu photométrique globales comme si on travaillait en noir et blanc panchromatique. En réalité la grandeur physique en sortie d'un photo-détecteur c'est un nombre de photo électrons par seconde pour un flux de photons incident donné. Sur ce plan un photo-détecteur silicium est parfaitement linéaire sur une plage de l'ordre de 10000 entre le flux le plus faible et le flux le plus élevé ; donc a priori on ne comprend pas la nécessité d'une échelle de visualisation non linéaire avec un capteur si extraordinairement linéaire. L'œil étant plutôt sensible au logarithme du nombre de photons, on lui propose par traitement interne des niveaux non linéaires (loi en puissance) issus du nombre de photoélectrons détectés.

Du coup la comparaison avec le film est plus facile, les photographes qui ont l'habitude de raisonner en densités optiques (en sortie) et en échelles de diaphragmes (en entrée) retrouveront ici directement les échelles qui leurs sont familières et c'est bien le but, montrer que tout ce que l'on connaît de la sensitométrie des films est directement applicable au silicium, avec en plus la capacité du silicium à repousser les limites du film en termes de bruit, de sensibilité et de gestion du contraste, de façon encore inimaginable par les photographes il y a cinq ans.

Un photodétecteur silicium de dimensions millimétriques fonctionnant en régime analogique continu pour sa sortie électrique et non pas en régime de capture de charges comme les CCD a donc une dynamique de linéarité l'ordre de 10000. ce qui fait 13 diaphragmes ; un facteur 1000 nous donnerait 10 diaphragmes ce qui correspond à l'étendue maximale connue avec le film, pour ceux qui connaissent le système des dix ou onze zones d'Ansel Adams (un facteur 1000 correspondant à 11 zones, ce qu'on considère en tirage papier classique comme un peu trop grand, 9 zones semblent plus raisonnable soit un rapport 1:256). Cette dynamique est sans doute moindre que 10000 pour un "sous-pixel" coloré de quelques 3 microns dans une matrice "bayer" à 7,5 microns de pas de grille comme on la trouve dans les capteurs version 2005. Mais peu importe, oublions ce que l'on peut connaître par ailleurs des photodétecteurs et laissons parler le photographe avec son expérience et son langage de photographe.

Référence concernant le codage RAW et la visualisation http://www.normankoren.com/digital_tonality.html 
(merci à Yves Colombe pour cette information)

dernière modification de cet article : 2005