# Photographie/Netteté des images/Netteté des images numériques

PHOTOGRAPHIE
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## Constitution et examen des images informatiques

Les images informatiques sont divisées en petits carrés ou pixels, terme qui provient du raccourci de picture element, ou élément d'image en anglais. Sur les images fortement agrandies et regardées de très près ou à la loupe, les pixels sont nettement visibles ; toutefois, ce n'est pas ainsi que l'on peut apprécier la qualité d'ensemble d'une photographie.
En fait, cette décomposition en petits carrés est assez théorique et en pratique, l'appréciation que l'on peut avoir d'une image diffère selon que celle-ci est examinée sur un écran cathodique ou sur un écran plat, imprimée sur papier ou encore projetée à l'aide d'un vidéo projecteur.

## Nombre de pixels et qualité d'image

Pour la majorité des acheteurs d'appareils photographiques, davantage de pixels signifie meilleure qualité d'image et prix plus élevé. La demande d'une définition élevée est forte, y compris pour les téléphones portables, et beaucoup de vendeurs en font un argument de vente. Cependant, la réalité est beaucoup plus nuancée.

### La course aux Mpixels ...

Avant de procéder à l'achat d'un appareil numérique, il n'est pas mauvais de réfléchir à ce qui se passe réellement dans le boîtier, afin de répondre au mieux à la question suivante : le nombre de Mpixels est-il un critère déterminant lors de l'achat d'un appareil photo numérique ?
L'affirmation selon laquelle la qualité d'une image est directement liée à son nombre de pixels n'est pas toujours justifiée, loin de là. Diverses raisons font en effet que le gain obtenu lors de l'augmentation de la définition est d'autant moins important que celle-ci est plus élevée au départ et il s'accompagne même d'effets indésirables.
Voici quelques années, on estimait généralement qu'avec 6 Mpixels, on était parvenu au maximum de qualité possible. Avec cette définition, les agrandissements en 30 x 40 cm devenaient au moins aussi bons, sinon meilleurs, que ceux obtenus par les procédés argentiques. En 2006, le standard est plutôt 8 ou 10 Mpixels et 2007 verra probablement la généralisation des capteurs de 12 Mpixels. Cette définition est d'ores et déjà meilleure que celle de la plupart des films positifs ou négatifs d'usage courant mais les émulsions les plus fines contiennent une quantité d'information équivalente à 25 ou 30 Mpixels. Certains capteurs pour appareils de studio professionnels atteignent en 2007 39 Mpixels et d'autres, réservés à des appareillages scientifiques très spéciaux, dépassent 100 Mpixels.
En fait, la question doit être examinée sous un angle différent, selon le type d'appareil que l'on considère. La surface des minuscules capteurs des appareils compacts est de 10 à 20 fois plus petite que celle dont on dispose dans les appareils reflex. Pour un même nombre de pixels, les éléments photosensibles ont également des surfaces 10 à 20 fois plus petites et donc, à ouverture égale de l'objectif, chacun d'entre eux reçoit 10 à 20 fois moins de lumière. Dans ces conditions, la qualité des signaux recueillis est forcément très inférieure, il en résulte du bruit électronique, une sensibilité très limitée et en fin de compte une image de moins bonne qualité. Cet effet est particulièrement sensible lorsque les sujets sont contrastés, les images obtenues sont alors très pauvres dans les ombres et dans les hautes lumières. Les capteurs dont les photosites sont très petits deviennent en outre très sensibles aux poussières microscopiques qui peuvent s'y déposer. On retrouve la trace des particules sur l'image lorsque celles-ci ont des dimensions au moins égales au tiers de celles des photosites, ce qui correspond aujourd'hui à des échelles qui se situent au-dessous du µm. Inutile de préciser que de telles particules ne sont absolument pas visibles à l'œil nu, d'où le caractère très relatif de la notion de propreté.
Doubler la définition d'une image ne permet donc pas de doubler les dimensions du tirage définitif en gardant la même qualité, loin de là. Ce qui par contre est au moins doublé, à coup sûr, c'est l'espace de stockage nécessaire pour l'enregistrement des images et les temps de transfert et de traitement.
À partir de 5 ou 6 Mpixels, le vrai critère à prendre en compte est finalement la taille des photosites ou, ce qui revient au même, le nombre de photosites par unité de surface. Comme depuis 2006 les dimensions des capteurs n'augmentent plus dans les appareils compacts, plus de Mpixels signifie plus de bruit, et donc moins de qualité, même si les logiciels embarqués qui assurent le traitement des images ont fait de gros progrès. Ce qui vaut pour les minuscules capteurs des appareils compacts vaut aussi, bien que dans une moindre mesure, pour les appareils reflex.

### Combien faut-il de pixels pour obtenir une image de bonne qualité ?

Raisonnons sur un agrandissement 300 x 400 mm observé depuis une distance égale à sa diagonale, soit 500 mm. Le pouvoir séparateur de l'œil, dans les meilleures conditions, est d'environ 1/3.000 radian ; autrement dit, on peut espérer que deux points de l'image seront distingués s'ils sont séparés par une distance de 500/3.000 = 0,17 mm, ce qui correspond à 2.400 points sur la longueur et 1.800 sur la largeur de l'image, autrement dit, à 2.400 x 1.800 = 4.320.000 = 4,3 Mpixels. Si l'image est regardée depuis une plus grande distance, une définition inférieure peut suffire amplement mais en revanche, les pinailleurs qui la regarderont à la loupe trouveront évidemment que 4,3 Mpixels ne suffisent pas.
Notons aussi que si les images sont vues sur un écran d'ordinateur dont la définition est 1.024 x 768, le nombre de pixels suffisant est tout simplement 1.024 x 768 = 786.432 pixels, soit nettement moins que 1 Mpixel ! Pour un écran de téléphone portable on obtiendrait plutôt 350 x 450 = 157.500 pixels. Si la définition d'une image est supérieure à celle de l'écran, cette image ne pourra en aucun cas être correctement affichée et évaluée !
On peut donc considérer qu'une définition de 6 Mpixels est quasi optimale pour les usages courants et qu'au-delà de 8 Mpixels on atteint le domaine du déraisonnable. Parions que la course aux pixels, qui par certains aspects est quasi suicidaire pour les fabricants, ne tardera pas à se calmer. D'ailleurs, la plupart des appareils reflex ont une définition plus faible que celle des compacts mais ils fournissent, grâce à des capteurs de plus grande surface, de bien meilleures images.
Il existe heureusement d'autres moyens d'améliorer la qualité, à commencer par les logiciels qui assurent le traitement des signaux fournis par les capteurs. Ce sont eux qui permettent d'atteindre le domaine des hautes sensibilités sans que le bruit devienne trop important, mais aussi de « déboucher » les zones sombres ou de reconnaître la présence de visages.
Les fabricants se sont aussi orientés vers des logiciels propriétaires embarqués qui permettent, grâce à des pixels excédentaires et à une forme spéciale des optiques, d'effectuer une sorte de « mise au point logicielle » qui permet d'augmenter la profondeur de champ sans faire appel aux déplacements mécaniques des lentilles. Cette technique se répand aujourd'hui dans les téléphones portables, elle permet d'obtenir des composants monoblocs étanches qui réunissent le capteur et l'objectif formé de lentilles moulées, sans aucun élément mobile, et que l'on peut souder directement sur les cartes électroniques. Il en résulte d'énormes économies sur les coûts de fabrication.

### La notion de « mégapixels perceptibles »

Supposons que nous utilisions un objectif donné avec une série de capteurs dont la définition est de plus en plus élevée, toutes choses égales par ailleurs. Il est évident que le nombre de mégapixels enregistrés va croître en même temps que la définition des capteurs, mais peut-on en dire autant pour la qualité de l'image enregistrée ? Rien n'est moins sûr !
Avec un capteur de très faible définition, l'image apparaît très vite comme fortement pixellisée dès que l'on souhaite l'agrandir, même modestement. Les fins détails du sujet ne peuvent pas être enregistrés convenablement et l'impression de netteté obtenue dans les conditions normales d'observation est faible.
Lorsque la définition du capteur augmente, l'image semble de moins en moins moins pixellisée et l'impression de netteté s'améliore grâce à la possibilité de reproduire des détails de plus en plus fins.
Au bout d'un certain temps cependant, l'augmentation de définition du capteur fait toujours grimper le nombre de mégapixels mais la reproduction des fins détails n'est pas améliorée car l'objectif est incapable de les restituer convenablement. L'association capteur-objectif a atteint ses limites.
L'analyse de la netteté de l'image fournie par un objectif peut être conduite de façon très rigoureuse en utilisant la fonction de transfert de modulation de cet objectif. Malheureusement cette notion n'est guère utilisable en pratique par le « grand public » qui ne dispose pas des bases scientifiques nécessaires pour la comprendre. C'est pourquoi la société DxO a proposé d'utiliser la notion beaucoup plus synthétique de « mégapixels perceptibles » (Perceptual Megapixels) qui permet de s'en référer en pratique à un seul nombre. Pour le capteur, il faut théoriquement utiliser directement sa définition ; en revanche, pour l'objectif, il faut connaître ses possibilités de restituer les informations, donc connaître le nombre correspondant de mégapixels « utiles » ou « effectifs ».
Le problème revient alors à optimiser le couple capteur-objectif.
Un objectif moyen ou médiocre donnera des images qui ne s'amélioreront pas au-delà, par exemple, de 6 Mpixels. Il sera donc parfaitement illusoire de l'utiliser avec un capteur de 24 Mpixels. Inversement, utiliser un objectif qui frôle la perfection avec un capteur de trop faible définition constitue une sorte de gâchis...
La société DxO a étudié plusieurs milliers de combinaisons objectifs-boîtiers, arrivant à la conclusion que dans près de la moitié des cas, les performances des capteurs sont largement supérieures à celles des objectifs... mais elle a aussi confirmé que la sensation de netteté est statistiquement meilleure avec un capteur « plein format » de 12 Mpixels qu'avec un capteur APS-C de 18 Mpixels... ce qui complique un peu les choses !

## Accentuation de la netteté

Il est très tentant d'utiliser la fonction d'accentuation de la netteté pour améliorer ses images. Il ne faut toutefois pas perdre de vue que cette fonction ne permet pas de faire de miracles et en particulier, elle ne permet pas de créer des détails qui n'ont pas été enregistrés à la prise de vue. La simulation ci-dessous est volontairement outrancière mais elle permet de bien comprendre ce qui se passe lorsque l'on appuie un peu trop fort sur la pédale.
* L'image de départ est ici une petite partie d'une photo de cabanes de plage à Berck. Elle est relativement riche en détails mais ne semble pas parfaitement nette, du moins à ce grandissement énorme.
* Première accentuation de la netteté : les zones de démarcation dont le contraste est relativement élevé semblent plus nettes car elles sont éclaircies du côté clair et assombries du côté sombre, selon un processus dont l'effet est comparable à celui des bandes de Mackie en photographie argentique (voir Les émulsions et la reproduction des détails). Le « piqué » est meilleur et la légère montée du grain ne se fera guère remarquer sur des agrandissements modérés.
* Seconde accentuation : certains éléments semblent encore plus nets mais un effet de grain très perceptible commence à perturber la vision. Ce fourmillement apparaît très facilement sur des diapositives scannées ou sur des photographies numériques réalisées en utilisant une sensibilité relativement élevée. Il correspond au renforcement du grain des émulsions ou du bruit numérique. Les détails des planches des murs commencent à être rongés.
* Troisième accentuation : le grain devient envahissant, les détails des planches disparaissent. Les couleurs s'affadissent, il est encore possible de limiter les dégâts et de les récupérer au moins en partie en augmentant la saturation.
* Quatrième accentuation : les détails trop fins ont maintenant disparu et l'image est quasi monochrome ; nous avons ici quitté le domaine du raisonnable pour entrer dans celui des effets spéciaux, car évidemment ce désastre peut être détourné à des fins artistiques.
* Cinquième accentuation : les couleurs sont réduites à l'état de souvenirs, il reste du grain, encore du grain, et quelques contours bien marqués. Les contrastes globaux entre les zones claires et les zones sombres sont par ailleurs considérablement affaiblis.
Il faut retenir que toute augmentation de la netteté apparente d'une image se traduit par une destruction de la qualité des informations recueillies à la prise de vue. Dans un premier temps, cette dégradation est dissimulée par l'augmentation artificielle du piqué mais très vite l'artifice montre ses limites. Alors de deux choses l'une :
* les photographes qui utilisent leur ordinateur pour améliorer systématiquement leurs productions seront bien inspirés de désactiver l'option d'accentuation de netteté disponible sur leur appareil. Ils auront tout intérêt à travailler d'abord leur image à partir de fichiers aussi « bruts » que possible, puis si nécessaire à utiliser leur logiciel préféré pour modifier la netteté lorsque toutes les autres opérations auront été accomplies.
* En revanche, les photographes qui ne pratiquent aucun traitement informatique pour les images qu'ils font tirer ou qu'ils affichent directement sur l'écran de leur ordinateur seront sans doute satisfaits de l'accentuation automatique de la netteté. Ils doivent cependant savoir que s'ils changent d'avis ultérieurement, leurs images déjà accentuées seront plus difficiles à traiter.

## Bibliographie

* HUMPSTON, Giles .- Megapixel Madness : Myth or Reality ? [en ligne]. In : Advanced Imaging Magazine, août 2007 [consulté le 17 octobre 2007]. Disponible sur l'internet : http://www.advancedimagingpro.com/print/Advanced-Imaging-Magazine/Megapixel-Madness--Myth-or-Reality/1$4411
* 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)