PHOTOGRAPHIEProcédés de prise de vue numérique

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Traitement du signal numérique

Après l'amplification des signaux puis la conversion analogique-numérique, les circuits électroniques et les logiciels embarqués sur l'appareil numérique vont permettre de reconstituer l'image originale, de manière automatique et complètement transparente, grâce à de multiples opérations. Ces dernières sont assurées soit par le microprocesseur central, soit par une structure spécifique, le DSP (digital signal processor ), dans le cas des appareils de moyenne et haute gammes.

Photographie numérique : architecture d'un DSP (digital signal processor)

Dessin : Photographie numérique : architecture d'un DSP (digital signal processor)

Exemple d'architecture d'un DSP (digital signal processor). Cœur de l'appareil photographique numérique, il assure différentes fonctions qui permettent le traitement du signal numérique et l'obtention en sortie d'un fichier numérique dans l'espace CIElab qui sera traité, par le processeur... 

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Le dématriçage et l'interpolation

Tout appareil numérique équipé d'un capteur matriciel avec filtre de Bayer possède un logiciel de dématriçage qui permet de recomposer les pixels manquants sur les trois couches couleurs RVB à partir des informations envoyées par le capteur. Pour cela, il fait appel à l'interpolation . Le filtre de Bayer comporte deux fois plus de photosites verts pour compenser la sensibilité de l'œil et, bien sûr, favoriser celle du capteur. L'information d'un pixel couleur peut être reconstituée à partir non pas de trois mais de quatre photosites (RVBV). L'algorithme de ce logiciel de dématriçage est très complexe et constitue l'un des facteurs les plus importants de la numérisation. Une mauvaise programmation du fabricant entraîne l'apparition de défauts : artéfacts, moirage, altération de l'image.

Photographie numérique : principe du dématriçage et de l'interpolation

Dessin : Photographie numérique : principe du dématriçage et de l'interpolation

Tout appareil numérique équipé d'un capteur matriciel avec filtre de Bayer possède un logiciel de dématriçage qui permet la séparation des trois couches couleur RVB (rouge, vert et bleu), à partir des informations envoyées par le capteur, et la recomposition des pixels manquants en... 

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Lors de la capture du sujet, un grand écart de contraste à la limite des hautes et des basses lumières peut également produire des artéfacts lors du dématriçage. Ces bruits numériques provoquent des points ou des franges colorés, du moirage à l'affichage sur les écrans et au tirage . Ce problème peut être corrigé grâce à l'utilisation d'un filtre passe-bas, placé derrière l'objectif, qui supprime les fréquences de lumière supérieures à une fréquence choisie. Ce filtre adoucit l'image et élimine ces bruits : les artéfacts colorés disparaissent et le moirage se réduit . Ces défauts peuvent aussi être liés à la très grande définition des objectifs utilisés sur les appareils reflex numériques à objectifs interchangeables du type DCS (digital camera system), définition supérieure à celle des capteurs matriciels. Généralement ces problèmes sont corrigés par les fabricants de ces différents appareils.

Photographie numérique : rôle du filtre passe-bas

Dessin : Photographie numérique : rôle du filtre passe-bas

Lors de la capture du sujet, un grand écart de contraste ou la grande définition des objectifs (souvent supérieure à celle du capteur matriciel) peut produire, lors du dématriçage, des artéfacts comme des franges colorées et du moirage. Ces problèmes peuvent être corrigés par des... 

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Photographie numérique : rôle du filtre passe-bas

Dessin : Photographie numérique : rôle du filtre passe-bas

Lors de la capture du sujet, un grand écart de contraste ou la grande définition des objectifs (souvent supérieure à celle du capteur matriciel) peut produire, lors du dématriçage, des artéfacts comme des franges colorées et du moirage. Ces problèmes peuvent être corrigés par des... 

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Comme le capteur ne dispose que des données partielles sur les fichiers R, V et B, l'algorithme de dématriçage fait appel à l'interpolation pour calculer les informations manquantes sur chacun des trois fichiers afin d'associer les informations R, V et B à chaque pixel couleur de l'image finale. L'interpolation permet de remplacer les pixels défectueux mais également d'augmenter le nombre de pixels pour éviter les effets de crénelage ou d'escalier et la perception visuelle des pixels (pixellisation) de l'image. L'interpolation corrige ces problèmes mais n'ajoute aucun détail à l'image. Toutefois, les zones nettes sont légèrement estompées et lissées du fait de l'homogénéisation des nuances avec des contrastes moins marqués. Les constructeurs, grâce à ce procédé d'interpolation, peuvent annoncer un nombre de pixels identique à celui des photosites présents sur le capteur puisque les couleurs manquantes sont reconstituées.

La méthode d'interpolation la plus simple consiste au doublage systématique des pixels par colonne . Une deuxième méthode consiste à pratiquer une interpolation linéaire (pondération) sur les pixels adjacents horizontaux . Une troisième méthode, moins rapide, dite bi-linéaire, consiste à pratiquer l'interpolation sur les deux pixels horizontaux et les deux pixels verticaux adjacents . La dernière méthode, la plus complexe et la plus pratiquée sur les appareils de haute gamme munis d'un processeur très rapide, est l'interpolation bi-cubique : c'est un algorithme de calcul sur les 16, 64 – ou plus – pixels adjacents .

Photographie numérique : types d'interpolation

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Différents types d'interpolation utilisés sur les appareils photographiques et les logiciels de traitement de l'image: doublage, interpolation linéaire, interpolation bi-linéaire et interpolation bi-cubique. L'interpolation est un algorithme de calcul plus ou moins complexe qui permet... 

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Photographie numérique : types d'interpolation

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Différents types d'interpolation utilisés sur les appareils photographiques et les logiciels de traitement de l'image: doublage, interpolation linéaire, interpolation bi-linéaire et interpolation bi-cubique. L'interpolation est un algorithme de calcul plus ou moins complexe qui permet... 

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Photographie numérique : types d'interpolation

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Différents types d'interpolation utilisés sur les appareils photographiques et les logiciels de traitement de l'image: doublage, interpolation linéaire, interpolation bi-linéaire et interpolation bi-cubique. L'interpolation est un algorithme de calcul plus ou moins complexe qui permet... 

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Photographie numérique : types d'interpolation

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Différents types d'interpolation utilisés sur les appareils photographiques et les logiciels de traitement de l'image: doublage, interpolation linéaire, interpolation bi-linéaire et interpolation bi-cubique. L'interpolation est un algorithme de calcul plus ou moins complexe qui permet... 

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Sur certains appareils, les dimensions du capteur sont doublées électroniquement en augmentant la résolution optique par interpolation. On obtient ainsi un fichier quatre fois plus important. Il sera souvent plus intéressant, pour obtenir une résolution plus élevée, de s'assurer de la qualité de l'objectif et de son pouvoir séparateur (capacité d'un objectif à capturer les détails les plus fins). Plus les détails sont perceptibles, plus la résolution est élevée.

Du fait du matriçage, le sujet est déstructuré colorimétriquement. Les algorithmes d'interpolation causent entre 30 et 50 p. 100 de pertes. Ils peuvent aussi provoquer des artéfacts. Ces derniers se révèlent être importants si l'image présente des détails fins, des lignes, des angles ou des textes, induisant un effet d'escalier appelé aliasing (crénelage) et un moirage. Ils ne se produisent pas dans les zones uniformes de l'image. Pour réduire ou atténuer ces effets, trois moyens seront utilisés : l'emploi d'un filtre « passe-bas », un lissage par la formule de Gauss ou bien un filtre logiciel adoucisseur (détramage) [].

Photographie numérique : moirage et correction

Dessin : Photographie numérique : moirage et correction

Provoqué par l'interpolation, le moirage (à gauche) est un défaut qui peut être facilement corrigé avant la capture du sujet et plus difficilement lors du traitement de l'image. Pour éviter cet effet, la photographie de droite a été prise avec un appareil équipé de trois filtres... 

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L'interpolation est aussi utilisée afin d'augmenter la taille d'une image pour l'affichage ou l'impression, sans affecter sa résolution. L'interpolation consiste à ajouter des pixels à intervalles réguliers de sorte que l'image agrandie contienne le même nombre de pixels par pouce. Pour doubler la largeur de l'image, un pixel est ajouté entre chaque pixel original. Les couleurs (nuances) de chaque pixel créé sont déduites de celles des pixels voisins .

Photographie numérique : augmentation de la taille d'une image par interpolation

Dessin : Photographie numérique : augmentation de la taille d'une image par interpolation

L'interpolation consiste à ajouter des pixels à intervalles réguliers de sorte que l'image agrandie contienne le même nombre de pixels par pouce. 

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La balance des blancs

La fonction de balance des blancs effectuera le réglage colorimétrique par le calcul du taux de chrominance (R et B) par rapport au taux de luminance (V) afin de respecter la balance chromatique et d'éviter une dominante colorée. Les capteurs sont plus sensibles que les films aux défauts d'illuminants (par exemple, prises de vue sous lumière tungstène ou fluorescente sans utilisation de flash) qui provoquent une dominante colorée uniforme (color failure) sur les prises de vue et les tirages s'ils ne sont pas corrigés. L'utilisateur peut laisser l'appareil choisir automatiquement la correction à apporter ou forcer l'appareil à corriger cet illuminant.

Réglage du niveau du noir

Afin de respecter les basses lumières de l'image, le capteur recherchera automatiquement la plage la plus dense de l'image, éliminera le signal de chrominance de cette plage et prendra cette valeur de noir comme référence pour obtenir un noir pur.

Les dernières opérations du DSP

Une autre section du DSP sera en charge de la correction du gamma. Cette phase consiste à établir l'équilibre entre les hautes et les basses lumières afin de respecter le contraste global de l'image. Après ce traitement, l'image de 14, 12 ou 10 bits est retransformée systématiquement en 8 bits (1 octet) par le convertisseur avant d'être traduite par des circuits spécialisés en matrices de luminance Y (vert) et de chrominance R (rouge) – Y et B (bleu) – Y dans l'espace CIE Lab (encore noté CIE L*a*b*, pour Commission internationale de l'éclairage, L* pour luminance et a* [...]

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Photographie : procédés argentique et numérique

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Appareil photographique numérique : exemple d'architecture

Appareil photographique numérique : exemple d'architecture
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Photographie numérique : rôle des photosites d'un capteur

Photographie numérique : rôle des photosites d'un capteur
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Photographie numérique : fonctionnement d'un capteur CCD avec fonction d'obturation

Photographie numérique : fonctionnement d'un capteur CCD avec fonction d'obturation
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Écrit par :

  • : enseignant à l'École nationale supérieure Louis-Lumière, spécialiste des systèmes et produits numériques et argentiques

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Pour citer l’article

André CHABANETTE, « PHOTOGRAPHIE - Procédés de prise de vue numérique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 30 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/photographie-procedes-de-prise-de-vue-numerique/