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photographie numérique

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Contenu de ce chapitre
Capteurs d'image photographique
Agrandissement des photos par l'imprimante : conséquences ?
Quelle imprimante et quel appareil photo pour obtenir quel résultat ?
L'imprimante rattrape les insuffisances de l'appareil photo.
Photos moyen et grand format


La pièce maîtresse des appareils photographiques numériques
est leur capteur d'image.
C'est un assemblage rectangulaire de minuscules éléments photosensibles jointifs.
L'image de la scène à photographier est projetée sur cet assemblage.
Chaque élément photosensible fournit un signal électrique
proportionné à l'illumination qu'il reçoit.
Comme l'oeil en somme.

Chaque élément photosensible correspond à un pixel de l'image.

Voici un appareil photographique pour l' astronomie
dont le capot a été démonté pour que l'on puisse voir son capteur CCD.



L'objectif a été enlevé, il se trouve normalement au-dessus du capteur
et projette sur lui l'image de la scène à photographier.

Fiche technique du capteur utilisé type : CCD KAI-11000M

Tableau de 4008 x 2672 pixels actifs
Total : 11 millions de pixels
Taille :
36 mm x 24.7 mm - format film -
Taille d'un pixel 9 µ2

Autres capeturs image CCD

Modèle 4020XM 1301XE 1001XE 11000XM 6303XE
CCD KAI-4020M KAF-1302E/LE KAF-1001E KAI-11000M KAF-6303E/LE
Nb Total Pixels 4 million 1.3 million 1 million 11 million 6.3 million
Matrice 2k x 2k 1.3k x 1k 1k x 1k 4k x 2.75k 3k x 2k
Dimensions 5 x 15 mm 1 20.5 x 16.4 mm 24.5 x 24.5 mm 36 x 24.7 mm 27.7 x 18.5 mm
Taille Pixel 7.4 µm 16 µm 24 µm 9 µm 9 µm
Detector Type Interline Full Frame Full Frame Interline Full Frame

Ces images ont été prélevées sur le site de la Societe SBIG de Santa Barbara C.A.
Lien en cliquant sur le logo ci-dessous

Fiches techniques de quelques appareils commercialisés

Les notices techniques d'appareils photo numériques donnent des indications assez différentes suivant les marques.

Pour les appareils professionnels on trouve la description des performances maxima (celles du capteur d'image).

Exemple ce court extrait des fiches techniques CANON

Quelques caractéristiques d'appareils annoncées par CANON (Juillet 2003 ) pour professionnels.
Modèle
Ratio image
Taille capteur (mm)
Taille pixels ( µm )
pixels
Mégapixels
EOS-1DS
2:3
35,8 x 23,8
8,8
4068:2704
11,4
EOS-D60
2:3
22,7 x 15,1
7,4
3067 2040
6,3
EOS-1D
2:3
28,7 x 19,1
11,5
2496:1660
4,16

Le ratio image est le rapport des longueurs des côtés de l'image rectangulaire.
Le capteur étant un assemblage cartésien de cellules photosensibles dénommées ici "pixels".
On trouvera dans la colonne "pixels" les dimensions en pixels de l'image la plus fine
calculées d'après les colonnes "Taille capteur" et "Taille pixels".

Mais, la longueur en Kilo ou Méga octets du fichier devant contenir l'image devient vite très importante quand on augmente le nombre de pixels de l'image. C'est la raison pour laquelle tous les appareils permettent de choisir des définitions inférieures pour des usages particuliers.

Exemple : court extrait des fiches techniques NIKON

Quelques caractéristiques d'images générées à partir d'appareils NIKON (Juillet 2003) pour professionnels et amateurs
Type d'image générée
Ratio image : H / V
Nb de pixels H
Nb de pixels V
Méga pixels
2592
4:3 = 1,333
2592
1944
5
2560

4:3 = 1,333

2560

1920
5
3:2
3:2 = 1,500
2592
1728
4,5
1600
4:3 = 1,333
1600
1200
2
1280
4:3 = 1,333
1280
960
1,9
PC
4:3 = 1,333
1024
768
1,2
TV
4:3 = 1,333
640
480
0,028

Méga pixels = (nbPixelsH x nbPixelsV) / 106
H et V sont respectivement le gran et le petit côté du capteur rectangulaire

La résolution (dpi) d'une photo dépend de son agrandissement

C'est évident !

Le capteur de l'appareil photo a des dimensions très petites, de l'ordre du pouce.
Les pixels y sont très serrés.
La résolution (pixels par pouce) y est très élevée.
L'imprimante finale agrandit généralement cette photo.
Le nombre de pixels reste le même à moins qu'on invente des pixels intermédiaires que la caméra n'a jamais saisis.
Comme les dimensions augmentent, la résolution en dpi diminue.

Voici la même explication mais chiffrée
( vous pouvez sauter ce § si l'explication précédente vous sufit)

La taille du capteur CCD KAI-11000M est 36mm x 24,7 mm.
Il comporte
4008 x 2672 pixels actifs
Ce qui correspond, tous calculs faits à 2828 pixels par pouce.
Equivalent à 2828 dpi.

Si vous imprimez à la taille de 36mm x 24,7 mm. - ce qui fait petit -
l'image imprimée aurait une résolution de 2828 dpi
si vous trouviez une telle imprimante !

Si vous souhaitez un format final plus grand, mettons : 36 cm x 24,7 cm.
Les mêmes 2822 pixels de l'image initiale seront cette fois repartis
sur des longueurs dix fois plus grandes : 36 cm x 24,7 cm.
La résolution est divisée par 10, elle tombe à 282,8 dpi.
300 dpi est une résolution banale pour des imprimantes.

Que se passe-t-il dans les cas suivants :

La résolution de l'image à imprimer, compte tenu de son agrandissement, est :

  • Supérieure
  • Inférieure
à la résolution dont est capable l'imprimante ?

Supérieure :
La photo possède plus de pixels que l'imprimante ne peut en imprimer.
Un logiciel interne de l'imprimante va dégrader le nombre de pixels de votre image

Dans ce cas c'est l'imprimante et non l'appareil de prise de vues qui limite la qualité.

Inférieure :
L'imprimante peut, curieusement, imprimer plus de pixels que la photo n'en comporte.
En effet, un logiciel incorporé à l''imprimante va créer les pixels manquants en prenant des teintes et des luminosités intermédiaires entre les pixels connus. On appelle cela une interpolation.
Le résultat est plus ou moins acceptable suivant la proportion des pixels qui manquent et la qualité du logiciel d'interpolation.

Dans ce cas c'est l'appareil photo qui limite la qualité, pas l'imprimante.

Voici la même explication, plus détaillée et chiffrée.
( vous pouvez sauter ce § si l'explication précédente vous sufit )

Que se passe-t-il dans les trois cas suivants :

La résolution de l'image à imprimer, compte tenu de son agrandissement, est :

  • Supérieure
  • De l'ordre de
  • Inférieure
à la résolution dont est capable l'imprimante ?

Supérieure :
C'est le cas qui vient d'être examiné : tirage aux dimensions du capteur 36mm x 24,7 mm.
Elle exige, comme nous venons de le voir, une résolution d'imprimante de 2828 dpi.
Le plus probable est que vous ne trouverez pas dans le commerce une telle imprimante.
Alors elle dégradera votre image, grâce à un logiciel interne, jusqu'à atteindre 300 dpi ou 600 dpi suivant ses possibilités.

Dans ce cas particulier extrême c'est l'imprimante et non l'appareil de prise de vue qui limite la qualité.

De l'ordre de :
Vous souhaitez maintenant agrandir 5 fois cette image , donc vous ramener au format d'environ 18 cm x 12 cm (format carte postale). Sur l'agrandissement, les pixels seront cinq fois plus espacés qu'avant, la résolution de l'agrandissement tombera à 2822 / 5 = 564 dpi.

Vous trouverez de nombreuses imprimantes de résolution 600 dpi. Et le graphique ci-dessous vous indique que vous allez pouvoir regarder la photo de très près : 18 cm environ !
Les 36 pixels manquants (de 564 à 600) seront "comblés" par un logiciel interne d'intrapolation.
Cela ne se voit pas dans une proportion aussi minime.

Si vous atteignez le format 36 cm par 24 cm (agrandissement 10) la résolution de l'image tombe à 282 dpi.
Là encore vous trouverez de nombreux laboratoires photographiques qui tireront cette photo en 300 dpi.
Bien sûr il vous manquera quelques pixels, mais encore ici les logiciels des tireuses font des merveilles pour intrapoler le pixels manquants de manière quasi invisible.

Si vous vous reportez aux abaques résolution-distance vous verrez qu'une telle image peut être regardée à 35 cm et plus.

Inférieure :
Maintenant allons plus loin et faison-en un poster de 72 cm par 48 cm. La résolution de l'agrandissement n'est plus que 141 dpi et si vous vous reportez aux abaques correspondants vous constaterez qu'il va falloir s'éloigner au moins à 80 cm environ. Mais c'est normal puisque la photo est plus grande !

Quid de l'imprimante ?

  • Ou vous choisissez une machine réglable à 150 dpi qui s'arrangera bien des pixels manquants.
  • Ou vous êtes contraint par le labo à 300 dpi et là l'imprimante va "inventer" beaucoup de pixels, mais n'oubliez pas que vous devez regarder l'image de très loin !

Dans ce cas c'est l'appareil photo qui limite la qualité !

Quelle imprimante et quel appareil photo pour obtenir quel résultat ?
Définir le résultat à obtenir

A mon avis, il existe deux manières d'observer un document :

  • en le tenant à la main
  • en le regardant comme un tableau ( photo format moyen à grand, panneau publicitaire, etc.)
  • Dans le premier cas on regarde environ à 35 cm pour des raisons ergonomiques.

  • Dans le second, les règles de la perspective impliquent une distance optimale d'observation égale environ à deux, trois ou quatre fois la diagonale suivant les écoles

Nous allons examiner les deux cas.


Premier cas : document tenu à la main

  1. On détermine d'abord la résolution de l'imprimante en fonction de la distance d'observation choisie.
    Se reporter aux abaques résolution-distance.

  2. Connaissant les dimensions de la photo en déduire le nombre de pixels dans les deux dimensions.
  3. Multipliez ces deux nombres.
  4. Comparez au nombre de Mégapixels de votre appareil.

Exemple :

Je veux imprimer une photo 9 cm x 6 cm pour être regardée à une distance de 15 cm à 20 cm.
L'un des abaques montre qu'il faut une résolution d'imprimante de 600 dpi
9 cm = 3,54 pouces soit 600 * 3,54 = 2126 pixels
6 cm = 2,36 pouces soit 600 * 2,36 = 1417 pixels
Il vous faut un appareil de 2126 * 1417 = 3 012 542 pixels soit 3 Méga pixels.

Si vous avez moins il faudra réduire vos prétensions.
Si vous avez plus, ou vous laissez l'imprimante réduire la résolution, ou, si vous envoyez l'image par réseau, vous pourrez dégraisser la taille de la photo avec un logiciel de traitement d'image.

Les abaques montrent que la distance la plus courante d'observation est 35 cm et correspond à 300 dpi

Question : est-ce la résolution de l'appareil photo
est généralement suffisante vu les résolutions habituelles de imprimantes ?

Voici un abaque édifiant à ce sujet, il vous permet d'évaluer la résolution nécessaire de l'appareil photo compte tenu de la résolution utilisée à l'impression.



Les abaques précédents montrent que la distance d'observation
la plus courante est 35 cm et correspond à 300 dpi




Formule :

Si on veut que l'imprimante n'imprime que les pixels réels de l'image, les appareils pour amateurs qui tournent autour de 2 Mégapixels permettent d'imprimer des images dont la grande dimension est au maximum :

  • autour de 30 cm pour 150 dpi
  • autour de 15 cm pour 300 dpi
  • autour de 6 cm pour 600 ou 800 dpi

Au-delà de ces valeurs, le logiciel de l'imprimante est amené à intrapoler ("inventer) les pixels manquants.

Nous rappelons qu'une résolution d'imprimante de 300 dpi suffit pour regarder la photo à 35 cm de l'oeil.
Une définition de 600 dpi permet de se rapprocher jusqu'à 18 cm.

Les imprimantes ont une bien meilleure définition que les meilleurs appareils photographiques actuels dans le format film 36mm x 24 mm.

Ce n'est pas nouveau : en photo argentique, le grain ne venait pas des papiers photographiques ni des agrandisseurs, mais de la pellicule au format film 36mm x 24 mm du fait du fort agrandissement nécessaire.

Pour réduire le grain, donc augmenter la résolution, les professionnels utilisaient des formats de négatifs tels que le 6 cm x 6 cm (chambres Reflex ou Hasselblad) le 6 cm x 9 cm de nos grands pères, et même les chambres 12cm par 18 cm (Contessar).

L'amélioration des appareils photographiques dans ce domaine passera par l'élaboration de matrices capteurs plus performantes :

  • ayant des pixels plus sérrés donc plus petits
  • ayant des dimensions plus élevées que 24mm x 36 mm.


Deuxième cas : moyens et grands formats

Il est inconcevable d'observer des moyens et grands formats à courte distance.

Les lois de la peinture, de la photographie, de la perspective incitent à regarder ce type de documents à une distance égale à trois fois leur diagonale.

Il s'en suit que plus la photo sera grande, plus on la regardera de loin.
Le nombre de pixels dans les deux dimensions sera la même quelle que soit la taille de l'image.

Voici l'abaque qui vous permettra de savoir à quelle distance d'une photo grand format
les performances de votre appareil vous obligeront à vous éloigner.


Autres types d'abaques :

Exemple : si vous tenez à regarde vos grands formats à une diagonale de distance,
il vous faut un appareil haut de gamme de plus 11 mégapixels !

Fomule de l'abaque Mégapixels / longueur image finale en cm

Megapix =

nombre de mégapixels de lamatrice du capteur =
produit du nombre de pixels sur la longueur par le nombre de pixels sur sa largeur.

k =

rapport de la longueur de la matrice du capteur à sa largeur

L =

Longueur (plus grande dimension) de l'image finale imprimée en cm.

r =

résolution de l'imprimante en dpi (dots per inch)

Retour à l'abaque

Abaque donnant les mégapixels de l'image
en fonction de la distance d'observation
évaluée en diagonales image
Retour à l'abaque


Retour à l'abaque

 

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