# Photographie/Netteté des images/Systèmes de stabilisation

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## Le flou de « bougé » et les façons de le réduire

Parmi toutes les causes qui provoquent le flou de l'image, l'une des principales tient aux mouvements indésirables de l'appareil de prise de vue. Ces mouvements peuvent être dus à des vibrations liées au déplacement brutal des systèmes mobiles comme le miroir des appareils reflex, au vent qui peut agiter un appareil fixé sur un pied de rigidité insuffisante, ou le plus souvent aux contractions musculaires plus ou moins involontaires qui se produisent lorsque l'appareil est tenu à la main.
Pour éliminer le flou de bougé, ou du moins le limiter, on peut agir de deux façons différentes :
* réduire les mouvements intempestifs de l'appareil,
* compenser ces mouvements par la mise en action de systèmes de stabilisation internes à l'ensemble appareil + objectif.
Ces deux possibilités peuvent, ou non, se combiner, tout dépend des conditions de la prise de vue.

## Compenser les mouvements intempestifs des appareils

Pour accroître les chances d'obtenir des images nettes, les constructeurs ont inventé des systèmes dits « de stabilisation ». La mise au point de ces systèmes est délicate car ils doivent pouvoir faire la différence entre un mouvement nécessaire et normal comme celui que l'on effectue lorsque l'on suit un sujet mobile et les mouvements aléatoires indésirables.
Chaque fabricant caractérise son système de stabilisation par un acronyme particulier : pour Canon c'est IS (Image Stabilization), pour Nikon VR (Vibration Reduction), pour Samsung ASR (Advanced Shake Reduction), etc. mais cela ne change rien à la question. Ces systèmes sont maintenant très efficaces, au point que les images de sujets immobiles fournies par les appareils compacts stabilisés sont souvent bien meilleures que celles produites, dans des conditions identiques, par des appareils reflex beaucoup plus coûteux mais non stabilisés.
Les systèmes de stabilisation ont en fait révolutionné la photographie numérique, en permettant aux photographes d'obtenir à main levée des images nettes dans des conditions qui auraient autrement imposé l'usage d'un trépied. Cependant, l'utilisation d'un appareil muni d'un tel système n'est pas forcément évidente et l'existence même d'une commande permettant de mettre en marche ou d'arrêter la stabilisation conduit à penser qu'il n'est pas forcément souhaitable de l'utiliser en toutes circonstances.

### Généralités

Attention aux arnaques ! Certains appareils dotés d'une position « anti-shake » se contentent d'augmenter la sensibilité apparente du capteur, ce qui permet d'utiliser des temps de pose plus courts. Ce réglage, qui peut être mis en œuvre directement par l'utilisateur, n'a évidemment rien à voir avec une véritable stabilisation. Il s'accompagne généralement d'une augmentation massive du bruit numérique.
Les véritables systèmes de stabilisation reposent finalement tous sur le même principe : dans tous les cas, des capteurs d'accélération fournissent des signaux qui permettent de compenser en temps réel les mouvements indésirables des appareils. Le résultat peut être immédiatement constaté dans le viseur des appareils reflex Nikon ou Canon ou sur l'écran LCD des appareils compacts. Trois techniques principales existent actuellement :
* stabilisation par voie informatique : elle est largement utilisée sur les caméscopes et sur certains appareils numériques de bas de gamme ; les données fournies par le capteur sont traitées avant d'être stockées, il n'y a aucun mouvement mécanique des éléments de l'appareil.
* stabilisation au niveau de l'objectif : celui-ci comporte des éléments mobiles qui ont pour mission de déplacer l'image formée sur le capteur en sens inverse des mouvements indésirables. Lorsque cette solution est utilisée sur un appareil à objectifs interchangeables, elle n'est opérationnelle que si l'on utilise des objectifs stabilisés, évidemment plus onéreux que les modèles ordinaires.
* stabilisation par déplacement du capteur : elle est plus compliquée à mettre en œuvre mais présente l'avantage de fonctionner quel que soit l'objectif monté sur l'appareil. En revanche, la visée n'est pas stabilisée.

### Nature des mouvements corrigés

La première génération de systèmes de stabilisation actuellement en usage, dont les prémisses remontent aux années 1980, comporte des capteurs sensibles aux déplacements des appareils perpendiculaires à l'axe optique. Les deux translations que nous appellerons « horizontale » et « verticale » sont donc mesurées et le logiciel embarqué dans l'appareil en déduit les corrections à effectuer. La société Canon lança en 1995 le zoom EF 75-300 mm f/4-5,6 IS USM qui fut le premier objectif muni d'un système de compensation ; il fut suivi de beaucoup d'autres (21 dans la gamme 2009) dont le fameux EF 200 mm f/2 L IS USM qui autorise un gain correspondant à 5 ouvertures de diaphragme, ce qui correspond en gros à l'usage d'une vitesse 30 fois plus faible sans augmentation du flou par rapport à un objectif non stabilisé, toutes choses égales par ailleurs. Avec un tel objectif, on peut donc utiliser le 1/30e s dans des conditions qui demanderaient plutôt le 1/1.000e s.
La société Canon a mis au point récemment un nouveau système baptisé « Hybrid IS technology » qui tient compte non seulement des mouvements de translation, mais aussi des mouvements de rotation. Les deux types de mouvements n'ont pas le même effet, selon le type de photos pratiqué. Des études ont en effet montré que les mouvements de translation étaient particulièrement néfastes dans le cas de la photographie rapprochée, tandis que l'influence des mouvements de rotation se fait surtout sentir en photographie « générale ». Par ailleurs, selon les habitudes et les capacités physiques de chaque photographe, on peut penser que les uns ou les autres engendrent davantage de mouvements intempestifs de type rotation ou de type translation. Ceci explique pourquoi certains photographes animaliers, par exemple, obtiennent parfois de meilleurs résultats en débrayant purement et simplement les systèmes de stabilisation.
Les nouveaux objectifs Canon munis de la stabilisation « Hybrid IS » devraient être mis sur le marché fin 2009.

### Stabilisation par déplacement d'éléments optiques

L'appareil argentique Nikon Zoom 700 VR QD, sorti en 1994, a été un précurseur dans ce domaine. Depuis, tous les objectifs haut de gamme de la marque sont munis d'un groupe de lentilles mobiles dont les déplacements compensent pratiquement en temps réel les mouvements intempestifs et aléatoires de l'appareil.
Avec les boîtiers reflex, la stabilisation par déplacement de lentilles concerne aussi bien l'image de visée que l'image enregistrée sur la surface sensible.

### Stabilisation par déplacement du capteur

Les premiers appareils munis d'un tel système ont été commercialisés par Minolta, puis par Konica-Minolta et enfin par Sony qui a repris cette dernière société. Cette technique est également appliquée sur des appareils d'autres marques comme Pentax, Olympus, Ricoh, etc. Le déplacement du capteur est réalisé par un ensemble de moteurs électriques à faible inertie capables de répondre de façon extrêmement rapide.
* Système de stabilisation de l'Olympus OM-D E-M1
La société Pentax propose un nouveau mode de stabilisation utilisant une commande électromagnétique directe qui évite les inconvénients liés à la présence de moteurs. Ce système, qui engendre moins de frottements, présenterait une meilleure fiabilité et une meilleure tenue à très basse température. Le déplacement du capteur n'est pas aussi petit que l'on pourrait le penser, puisqu'il peut être de l'ordre de 10 mm.
L'avantage de cette technique réside dans le fait que le mécanisme se trouve dans le boîtier et donc que l'on peut utiliser les objectifs anciens tout en bénéficiant de la stabilisation. Il faut toutefois tempérer les optimismes exagérés. En effet, les déplacements que doit effectuer le capteur dépendent de la focale de l'objectif utilisé et celle-ci doit donc être connue du calculateur de l'appareil ; si sa valeur n'est pas transmise directement au boîtier par l'objectif, il faut pouvoir l'indiquer manuellement pour bénéficier de la stabilisation, ce qui n'est pas possible sur tous les appareils.

### Incompatibilités

Il peut arriver que l'on puisse monter un objectif muni de lentilles stabilisatrices sur un boîtier muni d'un capteur mobile. Dans ce cas il ne faut jamais faire fonctionner simultanément les deux systèmes de stabilisation, sous peine d'obtenir une « surcompensation » des mouvements et donc des photos floues.

## Intérêt et limites des systèmes de stabilisation

La stabilisation est surtout intéressante avec les objectifs de longue focale qu'affectionnent les spécialistes de photographie sportive ou ornithologique. Elle permet d'opérer à main levée, avec des objectifs standards, à des vitesses considérées jusqu'ici comme inaccessibles, comme 1/15 ou 1/8 s.
Cependant, comme toute technique, celle-ci a des limites et doit toujours, pour que l'on puisse en tirer le meilleur parti, être utilisée en toute connaissance de cause. Il faut bien garder en mémoire qu'il s'agit là de stabiliser l'image et pas de compenser les mouvements d'un sujet mobile. Dans ce dernier cas, non seulement la stabilisation ne fait pas de miracle, mais elle peut même souvent aggraver le flou !
Prenons pour exemple une photo faite au crépuscule, à main levée, dans une rue où circulent des passants. En l'absence de stabilisation, on opérera par exemple à 1/30 s à f/4 : une partie au moins du décor sera floue par suite d'un manque de profondeur de champ et les personnages mobiles seront légèrement flous à cause du temps de pose trop long. Avec la stabilisation, on pourra utiliser d'autres réglages, par exemple 1/8e s à f/5,6 ou f/8 : le décor sera plus net mais pas les personnages qui, pendant l'exposition, auront parcouru une distance quatre fois plus importante et seront donc beaucoup plus flous. Si ces personnages constituaient le sujet principal, c'est évidemment raté : il vaudrait alors mieux s'en tenir à 1/30e s à f/4, avec la stabilisation, ce qui augmentera la netteté générale en réduisant le flou qui pourrait provenir des mouvements de l'appareil.

## Netteté et statistiques

Les mouvements intempestifs des mains, qualifiés de tremblements par le corps médical et, à tort, de vibrations par quelques constructeurs d'appareils photo, sont totalement aléatoires : il faut donc raisonner ici de façon statistique. En prenant dix fois de suite la même photo d'un sujet immobile, à main levée, sans changer quoi que ce soit (même cadrage, même focale, même temps de pose, même diaphragme ...), on obtient généralement un ensemble de photos toutes différentes en ce sens que certaines sont nettes et d'autres pas. D'une manière générale, le pourcentage de photos floues augmente lorsque la focale et le temps de pose augmentent ; il peut varier notablement en fonction de l'état de santé du photographe, de son degré de fatigue et d'autres facteurs comme le vent qui ajoute d'autres mouvements intempestifs ou le froid qui augmente les tremblements.
Dans des conditions de prise de vue courantes, par exemple pour un paysage pris avec un objectif de focale normale, un temps de pose très court de 1/500 s ou 1/1.000 s donnera presque uniquement des images nettes et un temps de pose très long de 15 s presque uniquement des images floues. Les limites de 100 % et de 0 % ne sont théoriquement jamais atteintes et en multipliant suffisamment les prises de vues on constatera sans doute que certaines images sont floues malgré un temps de pose très court et d'autres acceptables malgré une pose longue. Tout est ici question de probabilités. La forme des courbes données ci-contre relève directement de calculs statistiques mais les valeurs numériques ne peuvent être qu'indicatives. En effet, dans des conditions techniques identiques, les facteurs humains créent de grosses différences ... Chaque photographe doit prendre conscience de ses propres performances !
La stabilisation ne permet évidemment pas d'améliorer les qualités d'un objectif mais en revanche elle augmente dans des proportions considérables la probabilité d'obtenir des photos nettes dans des conditions données. Les deux courbes ci-contre montrent par exemple qu'avec un temps de pose de 1/15 s la probabilité d'obtenir une image nette vaut environ 10 % sans stabilisation tandis qu'elle atteint 90 % avec stabilisation.
On recommande souvent d'utiliser un temps de pose qui n'excède pas l'inverse de la focale, soit pour un format 24 x 36 pas plus de 1/60 s pour une focale de 60 mm, pas plus de 1/250 s pour une focale de 250 mm, etc. Pour la plupart des photographes, ce réglage correspond en fait au milieu des courbes, c'est-à-dire qu'il donnera grosso modo 50 % de photos floues et 50 % de photos nettes. Des temps plus courts donneront davantage de photos nettes, et inversement. Cette règle ne fournit donc aucune garantie, elle donne seulement une base de départ et il ne faut pas s'étonner d'obtenir de temps à autres des images floues en opérant à 1/250 s avec un 50 mm ou toute focale « normale » compte tenu du format des capteurs. On peut donc conseiller de doubler ou tripler les prises de vues et même de les multiplier si les conditions sont défavorables. On met alors toutes les chances de son côté en réalisant une ou deux douzaines de clichés de la même scène, même si l'on utilise la stabilisation, et en choisissant le plus net !
Il est clair aussi que pour les temps de pose très longs, le plus performant des systèmes de stabilisation ne remplacera jamais un trépied bien robuste.

## Quand faut-il arrêter la stabilisation ?
### L'appareil est fixe

C'est facile à comprendre, lorsque l'on monte l'appareil sur un support stable, trépied ou autre, la stabilisation est a priori inutile. En fait les choses sont un peu plus compliquées car les capteurs tendent à interpréter les artefacts contenus dans les signaux électriques et le bruit numérique comme des informations concernant des mouvements ; ils envoient donc des instructions pour compenser les dits mouvements, mais comme ceux-ci sont « imaginaires », il en résulte un flou de mouvement sur des images qui devraient être normalement d'une netteté absolue. Cet effet est parfois appelé « mouvement fantôme », il suffit de débrayer la stabilisation pour l'éviter.

### Problèmes d'axes

Lorsque la stabilisation fonctionne normalement, elle compense aussi bien les mouvements horizontaux que les mouvements verticaux. Cependant, lorsque l'on effectue un mouvement tel qu'un panoramique, par exemple pour suivre un concurrent lors d'une manifestation sportive (coureur, motard, etc.), le mouvement général lié à la prise de vue ne doit pas être compensé. Les systèmes de stabilisation actuels fonctionnent de façon « intelligente » et savent faire la distinction entre le mouvement de balayage horizontal et les tremblements de l'opérateur ; la compensation concernera donc les mouvements verticaux et pas les mouvements horizontaux. Lorsque ce « débrayage » partiel peut être réalisé de façon manuelle, par exemple lorsque l'appareil possède plusieurs modes de stabilisation, certains effets curieux, pouvant éventuellement produire des images originales, peuvent être obtenus.
Lorsqu'il s'agit de suivre la trajectoire d'un oiseau en vol, la direction du balayage est souvent oblique et l'appareil ne sait pas toujours comment interpréter correctement le mouvement. Paradoxalement, dans un tel cas, le débrayage de la stabilisation peut donner des images plus nettes. En pratique, des essais systématiques, dans les conditions réelles de prise de vue, permettent au photographe de savoir exactement quelle stratégie adopter, en fonction de ses habitudes et du matériel qu'il possède.

## Bibliographie

* New Canon Hybrid IS world’s first Image Stabilizer to compensate for two types of camera shake [en ligne] ;- Digital Photography Review [consulté le 22 juillet 2009]. Disponible sur l'internet : http://www.dpreview.com/news/0907/09072207canonhybridIS.asp
* Netteté des images photographiques
* Généralités (A)
* Pouvoir séparateur des objectifs (B)
* Fonction de transfert de modulation (B)
* Les émulsions et la reproduction des détails (BC)
* Netteté des images numériques (AB)
* L'œil et la perception de la netteté (B)
* Profondeur de champ (B)
* Importance des conditions d'observation des photographies
* Questions générales et intérêt esthétique
* Considérations théoriques
* Considérations pratiques
* Le « bokeh » (B)
* Le flou de bougé
* Systèmes de stabilisation (B)