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La photographie numérique

Le moniteur LCD du Nikon D80

Les formats d'images (IV)

L'image enregistrée par le capteur est sauvegardée selon trois critères : le format, la résolution et la qualité d'image (on ne parle pas de définition mais de niveau de compression).

Les formats standards d'images sont le RAW, le JPEG et le TIFF. Il existe quelques variantes supplémentaires sur les APN haut de gamme.

Certains formats sont associés à un facteur de compression variable (TIFF, JPEG) qui permet de gagner de la place sur la carte-mémoire si la qualité du document n'est pas primordiale. Dans tous les cas la définition est de 300 dpi.

L'image se caractérise également par sa définition, le nombre de pixels effectifs qu'elle contient. Ici il y a deux notions.

Si les revues de produits ne le font pas toujours, il faut faire la distinction entre le nombre de pixels contenu dans une image (valeur effective) et le nombre de photodiodes dont est constitué le capteur. Le Fujifilm FinePix S5 Pro par exemple dispose d'un capteur de 12.3 mégapixels (Mpixels) ou photodiodes mais ne tire des images qu'en 6 Mpixels (effectif) car il travaille par interpolation.

A titre d'information, sur un APN de 10 Mpixels, la définition maximale en format 4:3 est de 3880 x 2577 pixels mais on peut la dépasser de 50% si le capteur travaille par interpolation (par ex. sur les Fujifilm Pro).

La définition la plus basse dépend de la dimension du capteur et de la taille des photosites. Pour un format APS-C de 10 Mpixels, en format 4:3 cela correspond généralement à une définition proche de 1936 x 1288 pixels ou même 1125 x 750 pixels, jamais inférieure.

Enfin, il y a la qualité de l'image : Excellente (sans compression, généralement associée à la résolution maximale de l' APN), Haute, Moyenne et Basse, cette dernière étant généralement très compressée et juste bonne pour des tirages amateurs ou une publication sur Internet. On y reviendra.

Le format RAW

"RAW" signifie "brut", c'est-à-dire que l'image n'a subit aucune altération et en particulier aucune compression destructive ni aucun traitement lors de son enregistrement. 

L'avantage du format RAW est de supporter 8, 12 ou 16 bits/couleur soit une palette de 256 à 65536 nuances par couleur. Avec trois couleurs d'une profondeur de 24 à 48 bits/pixel, le format RAW est capable de gérer jusqu'à 281.4 milliards de milliards de couleurs ! Par comparaison, le format JPEG est limité à 256 nuances par couleur (8 bits/couleur) soit 24 bits/pixel et ne peut donc gérer que 16.7 millions de couleurs.

Le format RAW offre donc un avantage qui saute aux yeux quand on veut exploiter toutes les nuances des couleurs si l'écran ou le support papier le permet. A ne pas confondre avec les espaces colorimétriques ou gamut Adobe RGB et sRGB qui sont des modèles mathématiques de représentation des couleurs.

Le format RAW est un format propriétaire, particulier à chaque constructeur et dont le protocole n'est pas documenté (public). Propriétaire veut également dire non standard. Ainsi, si le Nikon D50 sauve ses images en format RAW non compressé (NEF), le D70 sorti en même temps et qui offre pratiquement la même définition (6 Mpixels) assure une compression automatique, avec ou sans perte. De plus et cela Nikon ne l'ébruite pas, son algorithme RAW assure déjà une réduction du bruit électronique, un traitement par défaut qui n'est pas toujours le bienvenu surtout en astrophotographie.

Sélection du format des images sur le Canon ESO 20D. Selon les modèles, les menus seront plus ou moins éclatés et colorés. Cela participe également aux qualités ergonomiques d'un APN.

Le format RAW n'est pas un standard mais un format d'échange commun à différents appareils numériques (APN, scanner, etc). Capable de gérer 48 bits/pixel, il requiert assez bien de ressources.

A titre d'information, une image RAW occupe entre 3 et 10 fois plus d'espace sur disque qu'une image JPEG100 (100% de qualité, 24 bits/pixel). Ainsi, une image de 16 Mpixels de 24 bits/pixel occupe 48 MB (4928x3264x24/8) alors qu'une image JPG100 occupe 6 MB.

Le format TIFF est 19 fois plus gourmand que le format JPG100 et 4 fois plus gourmand que le format RAW12 (12 bits/couleur).

Quant au format HDR, il génère des fichiers 3 fois plus volumineux que le format RAW. On y reviendra.

L'image RAW est associée à ce qu'on appelle un metadata EXIF (voir plus bas), un fichier d'échange de données contenant toutes les informations sur la prise de vue. Ce fichier contient plus de 100 données. Une partie d'entre elles sont contenues dans le format JPEG mais le format RAW a l'avantage d'inclure également des données pour la conversion RGB qui permet de restituer l'image couleur (il convertit les gris en image couleur en interpolant les valeurs chromatiques des pixels manquants dans chaque canal RGB). On y reviendra.

En effet, outre sa plus grande dynamique comparée au JPEG, le format RAW fournit une pseudo-image qui n'est pas encore convertie en valeurs de couleurs. Autrement dit, par traitement d'image il permet de corriger plusieurs paramètres d'exposition après la prise de vue :

- L'exposition entre -2 et +2 EV (ou IL)

- La balance des blancs

- La netteté, le contraste

- la saturation des couleurs.

Avec une telle latitude de travail, la prise de vue peut pratiquement être recommencée sur ordinateur ! L'image peut ensuite être sauvegardée au format RAW, JPEG ou TIFF sans altérer l'original.

Seule contrainte pour les utilisateurs, l'exploitation du format RAW exige en général de recourir au programme livré avec l'APN ou des logiciels de traitement d'image très récents équipés du convertisseur d'images RAW adapté à l'APN utilisé. Ces logiciels sont assez gourmands en ressource mémoire (voir liste plus bas).

Le format RAW est notamment utilisé pour préserver l'information contenue dans une image sur ou sous-exposée, bien qu'ici aussi à l'impossible nul n'est tenu; le format RAW n'est pas du HDR (voir plus bas) et si les pixels sont saturées ou n'ont pas été chargées, aucun logiciel ne pourra y remédier.

Du fait que le format RAW préserve toute l'information des pixels, il est également utilisé pour effectuer la calibration d'un APN qui permet de créer son profil ICC.

Notons enfin que certains APN performants proposent en plus des formats RAW et JPEG, le format RAW+JPEG qui sauve l'image directement dans les deux formats. On gagne ainsi du temps à la prise de vue.

Logiciels supportant le format RAW

Ainsi que nous l'avons dit, ce format créant généralement des images en 12 ou 16 bits/couleur, il est supporté par relativement peu de logiciels de traitement d'image comparé à d'autres formats. Parmi les plus connus citons iPhoto pour MacOS et Adobe Photoshop (versions CS et CC) muni du plug-in Camera Raw (surnommé "ACR") pour MacOS et Windows. Ils supportent tous deux la majorité des APN. Ces deux applications requièrent toutefois des ordinateurs disposant d'assez bien de ressources et donc plutôt récents.

Chargement d'une image au format NEF (Nikon D300s) dans Photoshop CS5. Le plug-in Camera Raw 6.0 s'ouvre automatiquement.

Parmi les logiciels (les "rawtisateurs") moins gourmands et gratuits ou en shareware citons Raw Therapee et UFRaw, ce dernier pouvant s'interfacer avec Gimp et tous deux étant basés sur le moteur dcraw de Dave Coffin. Citons également Nikon ViewNX2

Enfin, Microsoft propose également un Camera Codec Pack (il remplace RAWViewer) qui permet de lire les fichiers RAW sous les dernières versions de Windows 32 ou 64 bits.

Parmi les logiciels sous licence citons les autres produits d'Adobe (Ligthroom, etc), Photos pour Mac OS/X (qui remplace Aperture), BreezeBrowser Pro, Helicon Filter, Imatest, Corel PaintShop Photo Pro et des produits propriétaires tels que Nikon ViewNX-i (ou ViewNX2), Canon Digital Photo Professional et SilkyPix Developer Studio de Panasonic.

Enfin, DxO Optics Pro, Capture One Pro et PaintShop Pro X8 (ex Bibbles Labs qui a été racheté par Corel) traitent les images RAW et offrent la particularité d'utiliser une base de données d'objectifs pour corriger au mieux les images en fonction du système optique réellement utilisé.

Certains parmi ces logiciels ne supportent que le format RAW 8 ou 12 bits/couleur, d'autres acceptent le format 16 bits. Certains supportent une liste restreinte d'APN qui ne peut être modifiée, d'autres acceptent une mise à jour de leur liste où les ajoutent seulement quelques années plus tard dans une nouvelle version du produit.

Ainsi si vous avez acheté le dernier APN sorti cette année et utilisez une "vieille" version de Photoshop (par ex. PS 7 ou CS1), vous ne pourrez pas utiliser Camera Raw ou faire une mise à jour du produit car les drivers sont incompatibles; vous devrez acheter une licence de la dernière version de Photoshop à vil prix. L'alternative économique consiste à utiliser un "rawtisateur" gratuit pour traiter puis convertir le format propriétaire en JPG et charger ensuite cette image dans votre ancienne application.

A lire : Review of Imaging software (sur ce site)

Rendu des couleurs dans les logiciels tiers

Si les réglages effectués à la prise de vue peuvent toujours être modifiés ultérieurement sur les images RAW, c'est à condition d'utiliser le logiciel de traitement d'image RAW fourni par le fabricant de l'APN. En revanche, ces réglages sont appliqués irréversiblement aux images JPEG (d'où l'activation de nombreuses fonctions à la prise de vue, telle que la balance des blancs, le contrôle d'exposition, etc).

Il peut arriver que les logiciels tiers (Aperture, Camera Raw, Lightroom, etc) traitant les fichiers RAW ne respectent pas toujours les couleurs originales. La raison vient du fait que l'image brute subit généralement un traitement basé sur des réglages prédéfinis, propres à chaque application et parfois très éloignés des conditions réelles de prise de vue. C'est pour cette raison que certains logiciels de traitement d'image RAW de dernière génération disposent d'une base de données d'optiques afin d'exploiter au mieux toutes les informations relatives à la prise de vue.

La comparaison suivante est révélatrice des changements de couleurs et de résolution se produisant d'un logiciel à l'autre :

Conversion d'une image NEF en JPEG100. A gauche, dans Photoshop CS5, à droite dans Nikon Capture NX2. Cf. le texte pour les explications.

Il s'agit de l'image d'un logo agrandi 8x sauvegardé en format JPEG100 par Photoshop CS5 équipé du plug-in Camera Raw v6 et par Nikon Capture NX2. Comparée à l'image raw originale (NEF) prise avec un Nikon D300s (non présentée), les deux images JPEG ne présentent pas les mêmes tonalités. En fait les couleurs sont plus fidèles (tonalité brun clair) dans l'image générée par Nikon Capture. On pourrait s'imaginer que c'est "normal" considérant que Nikon exploite mieux les données de son propre format que la concurrence. Mais comparé au NEF original, cette fois la texture (bruit thermique) du gris de l'arrière-plan est plus apparente mais plus fidèle à l'original NEF dans l'image générée par PS CS5.

Au final, la question de savoir quelle image est la plus fidèle est difficile à déterminer sans référence au sujet. Ce l'est d'autant moins que dans certains pays comme aux Etats-Unis, les lecteurs des magazines préfèrent des tonalités légèrement plus chaudes que leurs homologues européens.

Affichage des images RAW sous Windows

Une fois de plus Microsoft se démarque de l'OS d'Apple... Si MacOS affiche sans problème les images RAW, par défaut l'Explorer de Windows XP, Vista ou 7 ne les reconnaît pas et ne peut donc pas les afficher sous forme de vignettes (thumbnails). Nikon (.NEF), Canon (.CR2), Sony (.SR2), Olympus (.ORF), Pentax (.PEF) et Panasonic (.RW2) proposent donc un codec permettant de résoudre ce problème d'affichage. Leur logiciel est régulièrement mis à jour.

Le format JPEG

Développé par le groupe de travail JPEG (Joint Photographic Experts Group) en 1983 mais seulement normalisée en 1992, cette norme s'est rapidement imposée dans tous les travaux photographiques où la qualité de l'image n'est pas le critère essentiel.

A l'inverse du format RAW, le JPEG ne conserve pas toutes les informations contenues dans chaque pixel, ce qui limite fortement la latitude du traitement d'image sur les hautes ou les basses lumières. Mais pour du travail ordinaire où l'amateur ne vise par les concours de photographie, le JPEG est le format le plus pratique car il génère des fichiers 3 fois plus petits que le format RAW tout en présentant une définition acceptable.

La particularité du format JPEG (extension .jpg et parfois .jpeg) est d'utiliser un protocole de conversion qui effectue d'office une compression de l'image qui sera toujours plus ou moins destructrice. Ici également, l'APN vous propose plusieurs taux de compression relatifs (Superfine, Fine, Medium et Normal).

Comment comprime-t-on une image ? Le protocole du format JPEG va essayer de gagner de la place sur tous les pixels redondants. Prenons une analogie. Si au lieu de décompter la couleur de chaque pixel d'une image en notant "bleu, bleu, bleu, vert, vert, jaune" vous dites "3 bleus, 2 verts, 1 jaune" vous avez gagné du temps et de l'espace, dans ce cas-ci 31 %, et vous pourrez reproduire les couleurs sans perdre aucun pixel. Mais au pire il peut considérer qu'il y a "du bleu dans cette zone, du vert dans cette autre et du jaune ailleurs". Cette fois la description de l'image est imprécise et conduira à la perte des détails. Ainsi procède le format JPEG. Mais cela n'est efficace que s'il y a peu de couleurs (ou de détails). A la limite, si tous les pixels sont différents, l'algorithme de compression ne sert à rien. Ceci explique pourquoi dans les mêmes conditions de travail, toutes les images JPEG n'ont pas la même taille sur disque, variant du simple au double selon les détails du sujet.

Quel est l'effet de la compression ? A la prise de vue vous ne verrez pas l'effet si ce n'est indirectement par le fait que vous pourrez enregistrer plus de photographies sur votre carte-mémoire. C'est au cours du transfert (plus rapide qu'en RAW) et du traitement d'image sur ordinateur que vous verrez la différence et elle vous sautera aux yeux comme on le voit ci-dessous et tout spécialement sur les agrandissements.

Agrandissement d'une portion d'image. De gauche à droite, l'image sauvegardée en format JPEG100, JPEG50 (facteur de qualité 50) et JPEG25. Sa taille sur disque passe respectivement de 332 à 91 et 48 KB. Un facteur de qualité de 50% est encore supportable lorsque le sujet présente très peu de détails, mais un portrait ou une scène très détaillée supporte très mal une compression supérieure à 25%.

A la sauvegarde d'une image au format JPEG sur votre ordinateur, si vous utilisez un faible niveau de compression (10%) l'effet sera peu visible à l'oeil nu mais déjà perceptible sur les agrandissements ou les impressions de sujets détaillés. Avec 50 % de compression (JPEG50) comme on le voit ci-dessus au centre, les plus petits détails sont noyés, délavés, irrémédiablement perdus.

Comme les détails supportent très mal la compression, il y a également une couleur très sensible à cet artifice, c'est le rouge auquel nos yeux sont peu sensibles et qui perd rapidement sa saturation et "déteint" sur les couleurs limitrophes. Quand il s'agit d'un petit détail rouge, si le taux de compression est important (>50 %), il peut totalement disparaître dans une tache floue. Même problème lors du traitement d'image : en présence de détails rouges ne compressez l'image que de 10 % maximum ou sauvez-là dans un format qui préserve sa couleur (TIFF, BMP, PNG, éventuellement GIF si l'image est codée sur 8 bits).

En bref, si vous souhaitez préserver la qualité de vos images, enregistrez vos images originales en format RAW et conservez des copies en JPEG100.

A propos du format JPEG2000

Comme le JPEG, il s'agit d'une norme de compression d’images. Sa particularité est d'utiliser un algorithme plus performant que celui du JPEG traditionnel; à qualité d'image égale on obtient un fichier de plus petite taille. Une compression en JPEG2000 préserve mieux les détails et les couleurs qu'une compression JPEG100, mais cela dépend de la qualité du document original ainsi que le démontre l'article suivant.

A lire : Baseline JPEG and JPEG2000 Artifacts Illustrated

Autres particularités, le JPEG2000 propose un mode de compression sans perte tout en réduisant la taille du fichier de 50 %. Il comprend également une fonction appellée "Region d'Intérêt" qui permet de définir les parties les plus importantes de l'image. Dans ce cas, la compression se concentre sur les autres zones et préserve plus de détails dans la Région d'Intérêt.

Lors de la conversion de l'image source, vous pouvez ajouter des informations sur le profil de couleurs ou indiquer le nom de l'auteur. 

Le JPEG2000 permet aussi de prévisualiser une image en basse définition (notamment sur Internet) et de décider ensuite de la télécharger en haute définition.

Enfin, alors que JPEG ne supporte que les images RGB, JPEG2000 supporte également les espaces de couleurs L*a*b et CMYK. Les fichiers JPEG2000 peuvent prendre l'extension .jpx, .jpc ou .jp2.

L'Explorer de Windows ne supporte pas le format JPEG2000. Un codec JPEG2000 doit être installé sur l'ordinateur. Ce codec existe aussi pour le mode vidéo.

Signalons toutefois qu'une minorité de logiciels supportent cette nouvelle norme, dont les produits d'Adobe (Photoshop CS2 et supérieurs), Corel Photo-Paint, Gimp, Apple iPhoto, QuickTime et la visionneuse Irfanview parmi d'autres. En raison de sa complexité, à ce jour aucun APN ne supporte ce format. C'était vrai il y a dix ans, et ça l'est toujours.

Quel est l'avenir du JPEG2000 ? Depuis sa sortie fin 2000, la communauté boude ce format car il est arrivé trop tard. En effet, à l'époque les connexions Internet étaient encore lentes (modem de 56 K), et seuls les images aux formats JPEG et GIF (progressif) pouvaient être téléchargées sur ces lignes lentes analogiques vers des systèmes aux ressources également limitées. Aujourd'hui c'est différent, mais voilà, la place est prise.

De plus, pour un APN, créer une image JPEG2000 demande plus de ressources que de créer une simple JPEG. Ajoutons à cela le fait que le JPEG2000 utilise semble-t-il des brevets (comme le JPEG XR) sources de droits d'auteurs, pour les constructeurs la question est donc entendue : ils n'ont pas voulu investir dans le JPEG2000 qui reste une norme marginalisée.

Tout cela combiné explique la rareté du JPEG2000. C'est dommage car il était promu à un bel avenir.

Le format d'échange EXIF

Les formats d'images RAW et JPEG notamment contiennent un entête EXIF reprenant toutes les informations sur les conditions de prise de vue (exposition, optique, etc). Ces données sont bien sûr lisibles par l'appareil photo et par certains logiciels supportant ce format. Ils sont peu nombreux pour citer PhotoME et Thumber qui sont gratuits.

Notons que même si l'image est retouchée sous Photoshop et sauvée en JPG, les métadonnées du format EXIF sont conservées. Toutefois, ce n'est pas le cas de tous les logiciels. Aussi, par sécurité, travaillez toujours avec une copie du fichier originl afin de conserver son intégrité.

Les logiciels PhotoME (gauche) et Thumber (centre) supportant le format EXIF. Tous deux sont gratuits. A droite, les options de sauvegarde d'une image en format TIFF.

Le format TIFF

TIFF est un format d'image universel inventé en 1987 par Aldus Corp., le créateur du logiciel Pagemaker. TIFF est un standard haute définition codant les pixels sur 8, 16 et même 32 bits entiers (pas encore en virgule flottante), ce qui lui permet de gérer jusqu'à 4.29 milliards de couleurs.

Le format TIFF supporte plusieurs algorithmes de compression dont LZW et ZIP sans perte de détails et JPEG en théorie mais pas dans les faits.

Le format TIFF est surtout utilisé dans l'édition. Il est peu utilisé sur les APN car il occupe beaucoup d'espace disque. A titre d'information, une image TIFF 32 bits non compressée occupe 4 fois plus d'espace disque qu'une image JPEG100.

Autre contrainte, en théorie les fichiers TIFF (.tif ou .tiff)  ne peuvent pas dépasser environ 4 GB de données "rasterisées", c'est-à-dire de points images compressés. En effet, si le taux de compression est suffisamment élevé, une image TIFF peut atteindre une taille de 232-1 pixels2, soit 65536 x 65536 pixels, ce qui représente un fichier de 4.3 GB. On comprend que les amateurs ne l'utilisent pas souvent, d'autant moins que la carte-mémoire CompactFlash de 5 GB n'a été commercialisée par Seagate qu'en janvier 2005 et celle de 16 GB fin 2006 !

Vu ces contraintes, le format TIFF est de moins en moins supporté sur les APN compacts et réflex et souvent sur des modèles haut de gamme (Nikon D1X, etc). Il est toutefois supporté par la plupart des applications graphiques et notamment par le logiciel de traitement d'image DxO Optics Pro qui exporte par défaut l'image en format TIFF et sauve en formats TIFF, TIFF 8 bits, JPEG et DNG.

Taille des images

Si nous voulons comprendre comment les APN et les logiciels gèrent les images, nous devons discuter du format binaire des fichiers images et de leur taille. Ces concepts font appel à des notions d'informatique élémentaires.

La question de tout le monde se pose en achetant un APN offrant une définition déterminée est de savoir quelle taille occupe sur disque une photographie numérique ? Tout dépend du format et du taux de compression. Imaginons une image de 12 Mpixels sauvegardée en 4096 x 3072 pixels sans compression avec la plus grande profondeur (nuancier) de couleurs possible.

Rappelons avant tout que 1 MB contient 10242 bits et qu'il y a 8 bits dans un byte (octet). La technologie actuelle des APN code l'information sur 8 bits/couleur en format JPEG ou TIFF-8 bits et en 12 ou 14 bits/couleur en format RAW. Il y a 3 couleurs par pixel, ce qui porte leur taille mémoire à 24, 36 ou 42 bits/pixel. Le format de 24 bits/pixel correspond au mode "true color" des écrans d'ordinateur et des imprimantes de qualité photo. Il permet de gérer plus de 16.7 millions de couleurs. Les formats RAW de 36 et 42 bits/couleur permettent respectivement de gérer jusqu'à 68.7 milliards et 4.4 mille milliards et de couleurs tandis que le format 48 bits/couleurs des images TIFF-16 bits permet de gérer 281.4 mille milliards de couleurs !

En "true color", une image de 4096 x 3072 pixels non compressée occupera (4096 x 3072 x 24 / 8) / 10242 = 36 MB sur disque. Une image de 2048 x 1536 pixels occupera 9 MB (c'est normal car elle est 4 fois plus petite). Ce sont des valeurs maximales. On comprend mieux l'intérêt des cartes-mémoires de grandes capacités.

A consulter : Megapixel Calculator

Trois photographies prises dans le même format (JPEG100), le même mode (24 bits/pixel) et la même définition (2048 x 1536 pixels). De gauche à droite, la taille du fichier est respectivement de 291 KB, 1.8 MB et 4.3 MB, tout dépendant de la quantité de détails présents dans l'image. Documents T.Lombry.

Notons que la taille du fichier n'est pas strictement linéaire en fonction de la définition ou du mode d'affichage car elle dépend également du niveau de détails contenu dans l'image ainsi que du format d'image et de la qualité (du taux de compression) comme on le voit sur les exemples présentés ci-dessus. Ainsi en utilisant le même mode d'affichage (par ex. 8 bits/couleur) et la même définition (2048 x 1526 pixels), l'image d'un paysage contenant 80% de ciel bleu occupera par exemple 300 KB sur disque au format JPEG100 alors que l'image d'un sous-bois peut dépasser 5 MB.

Taille maximum des agrandissements

L'agrandissement d'une image peut s'effectuer selon deux méthodes : le tirage photographique et les méthodes d'impression offset et autre quadrichromie. Les deux méthodes sont totalement différentes et là où la première est très rapidement affectée par la pixelisation et le manque de netteté, la seconde peut pour ainsi dire noyer le problème dans l'engraissement et la taille des points de couleurs.

En photographie on s'accorde sur les valeurs suivantes, au-delà desquelles la pixelisation, le manque de détails et de piqué deviennent apparents (à condition d'avoir littéralement le nez sur l'image ou de l'agrandir à 200% sous Photoshop) :

Définition

300 dpi

200 dpi

3 Mpixels

17.3 x 13.0 cm (A5)

26.0 x 19.5 cm (A4)

6 Mpixels

25.4 x 16.9 cm

38.1 x 25.4 cm

8 Mpixels

29.6 x 19.5 cm (A4)

44.5 x 29.2 cm (A3)

10 Mpixels

32.5 x 21.7 cm

48.8 x 32.6 cm

12 Mpixels

33.9 x 25.4 cm

53.8 x 35.8 cm

16 Mpixels

41.4 x 27.8 cm (A3)

62.2 x 41.4 cm

22 Mpixels

48.5 x 32.5 cm

72.9 x 48.5 cm (A1)

32 Mpixels

58.8 x 39.2 cm

88.3 x 58.8 cm

La formule de conversion utilisée est : Taille (cm) = (2.54 * Nombre de pixels / DPI) / 1000, sachant que 1" =  2.54 cm.

En pratique, plus d'un photographe vous diront qu'ils ont réalisé des agrandissements de 40x50 cm avec 3 Mpixels et du 50x70 ou du 100x70 cm avec 10 Mpixels et même trois plus grands en offset ! Ce sont bien entendu des valeurs limites et les images ont été améliorées sous Photoshop, notamment au niveau de leur netteté. Mais il n'empêche que ces images ont été présentées dans des expositions ou sont vendues à un public qui apprécie les belles photographies artistiques.

Ceci dit, en théorie il faudrait au moins respecter les valeurs minimales de ce tableau : faire la double page du National Geographic en A3 (42x30 cm) à 200 dpi avec une image en haute définition impose d'utiliser un APN d'au moins 8 Mpixels.

Mais nous verrons en dernière page qu'un APN limité à 6 Mpixels comme le Nikon D40 sorti en 2006 n'est pas une erreur marketing à une époque où certains constructeurs ne considèrent qu'une image n'est valable qu'à partir de 12 ou 16 Mpixels.

Intérêt de la haute définition

Que peut apporter un APN offrant plus de 10 Mpixels si on peut déjà tirer un poster de 1 m de longueur avec cette définition ? Les valeurs indiquées ci-dessus sont des valeurs idéales qu'il faut retenir car quoiqu'on fasse, si la définition n'est pas élevée au départ, la résolution ne peut pas s'améliorer sur les agrandissements.

En dehors des débats d'experts dans les clubs feutrés, il existe deux faits indiscutables dont il faut tenir compte : l'efficacité du capteur en fonction de la technologie et la taille du capteur auxquels s'ajoute ce que vous voulez faire de vos photos. Si vous avez tendance à les rogner et recadrer certains sujets, si vous les imprimez en poster (plus de 1 mètre de large) en vue de les exposer ou si vous les publiez dans des magazines à 300 dpi, dans ce cas il sera utile de disposer d'une définition élevée. Dans les autres cas, si vous vous contentez de regarder vos photos sur ordinateur ou la TV ou de les publier sur le web, des dizaines de millions de pixels ne sont pas nécessaires. Le plus important est donc de trouver le juste compromis entre le nombre de pixels et la taille du capteur.

Un grand capteur donnera de meilleures images mais nécessitera également un boîtier plus grand et des optiques plus larges. Comparé aux images prises par un smartphone, ainsi que nous l'avons expliqué un APN FX "full frame" donnera obligatoirement de meilleures images, surtout dans des conditions extrêmes (peu de lumière, forts contrastes, etc) ou si vous recherchez des effets particuliers (mise au point rapprochée, peu de profondeur de champ, etc). La taille du capteur ainsi que le "crop factor" influencent aussi la taille de l'image et donc le champ de l'objectif : plus le capteur est petit, plus la taille de l'image au plan focal est petite et donc plus le champ est réduit. Aucun capteur APS-C (23.6x15.6 mm) ou MFT 4/3" (17.3x13.0 mm) ne peut atteindre la taille du format 35 mm (36x24 mm) d'un capteur FX.

Heureusement, avec le temps les APN comme les smartphones sont équipés de capteurs de plus en plus grands mais celui d'un smartphone est toujours ridiculement petit comparé au format FX (4.54x3.42 mm sur l'iPhone 5, 10.67x8 mm sur le Nokia 808).

Le jour où nous verrons des grands reporters s'équiper de smartphones ou d'APN compacts, on pourra dire que la photographie a bien évolué en plus d'un siècle. Mais ce n'est encore qu'un rêve.

Qualité des images

La qualité des images numériques n'est pas seulement affectée par le format d'image ou le taux de compression mais par de nombreux autres facteurs parmi lesquels la résolution liée au niveau de détail et la netteté. Si ces deux caractéristiques peuvent générer un même effet de flou, dans leur principe elles dépendent de facteurs différents.En effet, le flou que présentent certains images indépendamment de la qualité des optiques, de la précision de la mise au point ou de la vitesse d'obturation parmi d'autres critères trouve une explication sur le plan technique. En bref, votre APN peut ou non créer des images nettes ou floues en fonction de l'activation ou non de certains dispositifs hardware ou software. Mieux vaut le savoir et travailler en conséquence ainsi que nous l'expliquerons dans l'article consacré au rôle du filtre anti-aliasing.

Enfin il y a bien sûr la qualité des optiques qui participe à au moins 50 % de la qualité des images. On ne peut pas demander à un système autofocus mono faisceau utilisant éventuellement des lentilles en plastique la même qualité d'image que celle d'un APN haut de gamme dix fois plus cher, utilisant un autofocus à 11 faisceaux et des objectifs constitués de plusieurs lentilles ED. Car tel est bien l'éventail que l'on trouve sur le marché, du modèle jettable ou à 20 € destiné aux enfants au modèle destiné aux pros à plus de 4000 €.

Si la majorité du public se contente d'une qualité ordinaire et d'une résolution de 6 à 10 Mpixels, les photographes exigeants ou professionnels ne seront satisfaits qu'en utilisant le matériel le plus performant, lui offrant la plus grande liberté d'action.

L'avenir : le HDR où l'explosion des nuances

Les formats haute définition tel que RAW, TIFF, PNG ou même JPEG sont des formats supportant généralement 8 bits/couleur soit 24 bits/pixel en virgule fixe. A condition de disposer de l'écran, de la carte graphique et du logiciel supportant cette définition (c'est le standard actuel), ces formats permettent d'afficher 224 soit plus de 16.7 millions de couleurs ou nuances de gris et quelques dizaines de milliards en format RAW ou TIFF 16 bits/couleur.

Bien que cette gamme de couleurs paraisse étendue, 24 bits/pixel ou même le double ne suffisent pas pour gérer correctement des dynamiques de luminances très importantes. C'est par exemple le cas de la scène présentée ci-dessous à droite dans laquelle une zone est plongée dans l'ombre et une autre contient des vitraux placés en pleine lumière. Tous les APN actuels vont enregistrer une image identique à celle de gauche mais jamais celle de droite, même après traitement d'image (sauf par truquage et compositage évidemment). En fait la dynamique de cette image dépasse largement les capacités des formats graphiques actuels.

Pour élargir la dynamique de l'image et étendre la gamme des couleurs, il a fallut inventer de nouveaux formats d'images.

La première solution consista a développer des solutions logicielles tels que les formats FITS, TIFF et JPEG2000 parmi d'autres. Les plus récents travaillent sur 16 bits (48 bits/pixels) en virgule flottante ce qui permet de gérer des milliards de couleurs.

Parmi les solution hardware, Fujifilm a tenté l'expérience avec son capteur "Super CCD" présenté à gauche mais il sacrifie la résolution (perte de 25 à 50 %) et l'augmentation de contraste reste modeste malgré ce que dit la publicité.

Mais une innovation est venue balayée toutes ces bonnes intentions. En 1997, le professeur Paul Debevec, chercheur en art graphique à l'ICT Graphic Lab de Californie inventa le format HDR (high-dynamic range) qui semble répondre à toutes les exigences.

A gauche, le capteur Super CCD de Fujifilm. A droite du centre, une image enregistrée sur 8 bits/couleur soit 24 bits/pixel, à l'extrême droite au format HDR, sur 128 bits/pixel. A gauche, les hautes lumières ont saturé les pixels tandis que les basses lumières ont à peine été enregistrées; ces informations ont été perdues et l'image n'est pas conforme à la réalité. A l'inverse, l'image de droite au format HDR et traitée dans le logiciel HDRShop supportant ce format a permis de restaurer les détails cachés dans les hautes et les basses lumières car l'information était contenue dans les pixels supplémentaires du format HDR.

Très performant, le HDR présente un seul inconvénient, inhérent à son format : au lieu d'utiliser des images codées sur 24, 32 ou 48 bits/pixel comme aujourd'hui, HDR utilise des configurations hardware de 128 bits/pixel en virgule flottante double précision !

Avantage, cette technologie a fait exploser les couleurs : chaque pixel peut afficher 2128 nuances ! La palette de couleurs contient plus de 340 milliards de milliards de milliards de milliards de nuances ! On comprend mieux pourquoi il manque des détails dans nos images RAW ou JPEG !

Intérieur de la basilique de la Sagrada Familia à Barcelone. L'image volontairement sous-exposée a été corrigée avec la fonction HDR de DxO Optics Pro (complétée par une correction du vignetage).

Mais le format HDR a d'énormes conséquences sur les plans hardware et software. En effet, non seulement les images deviennent 3 fois plus volumineuses (de l'ordre de 150 MB par image pour un capteur de 6 Mpixels) mais pour conserver un temps de réponse équivalent à celui d'une image traditionnelle codée sur 24 voire 32 bits/pixel, le processeur a besoin de 4 fois plus de ressources (le processeur graphique doit donc tourner 4 fois plus vite ou utiliser un bus 4 fois plus large !).

En raison du nombre de données à traiter, le format HDR requiert également plus de mémoire vidéo et des cartes graphiques supportant un débit d'information (fillrate) qui se chiffre en dizaine de gigapixels/s, un temps de réaction de l'ordre de la nanoseconde, mille fois supérieur aux performances des cartes graphiques accélératrices classiques. Enfin, les logiciels doivent être réécrits pour supporter 128 bits/pixel sinon les nuances de couleurs seront perdues dans les algorithmes de compression.

Dans le monde informatique, les constructeurs ATI, Nvidia, S3 et autre Radéon ont déjà sorti des cartes graphiques supportant 128 bits/pixel. Quelques développeurs de logiciels proposent également une fonction HDR dont Photomatix, HDRShop, Adobe Photoshop CS et DxO Optics Pro.

Reste aux fabricants d'APN à implémenter le format HDR dans leurs appareils sans pénaliser le temps de réponse. Ils disposent déjà des cartes-mémoires adéquates (voir page suivante) et des fonctions de bracketing, reste à concevoir des capteurs et de nouveaux processeurs d'images, sans oublier les modifications en cascades qui découleront de cette innovation. Les principaux constructeurs en étant encore au stade expérimental, on peut estimer qu'on ne doit pas s'attendre à trouver d'APN grand public au format HDR avant quelques temps, d'autant qu'on peut obtenir le même résultat en encadrant l'image en la sous-exposant et en la sur-exposant puis en la traitant sur ordinateur.

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