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Si les revues de produits ne le font pas toujours, il faut toutefois 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 "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 10.1 Mpixels comme le Canon EOS-400D, la résolution maximale est de 3880 x 2592 pixels mais on peut la dépasser de 50% si le capteur travaille par interpolation (par ex. sur les Fujifilm Pro). La résolution la plus basse dépend du capteur et pour un format APS-C de 10 Mpixels cela correspond généralement à une résolution proche de 1936 x 1288 pixels ou même 1125 x 750 pixels, jamais inférieure (comparée au 640 x 480 pixels des petits compacts). Enfin, il y a la qualité de l'image : Excellente (sans compression, généralement associée à la résolution maximale de votre 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 lors de son enregistrement. Ce format peut donc subir une compression malgré ce qu'on pense généralement. Ainsi, si le Nikon D50 sauve ses images en format RAW non compressé, le D70 sorti en même temps et qui offre pratiquement la même résolution (6 Mpixels) assure une compression automatique. RAW est un format propriétaire, particulier à chaque constructeur et dont le protocole n'est pas documenté (public). Les images sauvées dans ce format prennent l'extension .CRW ou .CR2 chez Canon, .ORF chez Olympus ou encore .NEF chez Nikon.
Le format RAW n'est pas un standard mais un format d'échange commun à différents appareils numériques (APN, scanner, etc). C'est un format d'image de 8 à 16 bits/couleur (24 à 48 bits/pixel) selon les modèles et donc très gourmant en ressources. Pour les APN codant l'image sur 12 bits/couleur, c'est par logiciel qu'ils convertissent l'information par échantillonnage vers le format 16 bits/couleur. A titre d'information, une image RAW occupe deux à trois plus d'espace sur disque qu'une image JPEG ! Quant au format HDR, il génère des fichiers 3 fois plus volumineux encore 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. Ces données sont également 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 et 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 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 et assez gourmands en ressource mémoire (voir 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 Mac et Adobe Photoshop CS2 muni du plugin Camera Raw. Ils supportent tous deux la majorité des APN. Seul inconvénient, Photoshop CS2 ne tournera pas sur votre système si vous ne disposez pas au minimum d'un Pentium III ou d'un PowerPC G3 et de 320 MB RAM. Parmi les logiciels moins gourmands et gratuits ou en shareware citons Raw Therapee et UFRaw, ce dernier pouvant s'interfacer avec Gimp et tous deux étant étant basés sur le moteur dcraw de Dave Coffin, Adobe RawShooter Essentials, et deux produits propriétaires, Canon Digital Photo Professional (pour Canon) ainsi que NikonView et Viewraw (pour Nikon). Enfin, Microsoft propose également RAWViewer qui permet de lire les fichiers RAW mais pas de les éditer. Parmi les logiciels sous licence, outre Photoshop et Camera Raw, citons Adobe Photoshop Ligthroom (beta), Adobe RawShooter Premium, Aperture, Bibble labs, BreezeBrowser Pro, Capture One Pro, DxO Optics Pro (beta), Helicon Filter, Imatest, Corel PaintShop Pro, SilkyPix Developer Studio et des produits propriétaires tels que Capture NX et Nikon Capture pour Nikon. Dans le cas de Photoshop version CS et supérieures, rappelons que le plug-in d'importation NEF (Nikon) s'installe automatiquement lors de l'installation du logiciel fourni avec l'APN. Certains parmi ces logiciels ne supportent que le format RAW 12 bits/couleur, d'autres acceptent le format 16 bits. Certains supportent une liste assez limitée de modèles 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. A lire : Comparatif des logiciels d'édition d'images RAW par Gilbert Volker Le format TIFF
TIFF est un format d'image universel inventé en 1987 par Aldus, le créateur du logiciel Pagemaker. Il en est aujourd'hui à la version 6.0. C'est un standard haute résolution 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. Il supporte également 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, si un image JPEG de 12 Mpixels occupe 4 MB, elle en occupe 4 fois plus au format TIFF 32 bits non compressé. Ce format est toutefois proposé sur quelques APN haut de gamme disposant de cartes-mémoires de haute capacité. Seule 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 car la carte-mémoire CompactFlash de 5 GB n'a été commercialisée par Seagate qu'en janvier 2005 et celle de 16 GB fin 2006 ! La compression JPEG Beaucoup d'amateurs sauvent leurs images au format JPEG car c'est un standard lisible par tous les logiciels contrairement au format RAW. A l'inverse du 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 sans pour autant réduire la résolution. Comme tous les formats, il est toutefois associé à plusieurs types de résolution. Si vous sauvez l'image au format JPEG (extension .jpg et parfois .jpeg), le protocole de conversion effectuera 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.
A la sauvegarde d'une image au format JPEG sur votre ordinateur, si vous utilisez un faible taux de compression (10%) l'effet sera peu visible à l'oeil nu mais déjà perceptible sur les agrandissements de sujets détaillés. Avec 50% de compression comme on le voit ci-dessus à droite, la qualité des détails devient catastrophique. C'est à éviter. Pour constituer un dossier de travail ou publier des photographies sur Internet, une compression de 20 à 25% est acceptable, c'est le taux adopté pour la plupart des images publiées sur ce site. Comme les détails supportent très mal la compression, il y a également une couleur très sensible à cet artifice, c'est le rouge 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 (>20%), il peut totalement disparaître dans une tache floue. Si vous êtes amené à photographier des objets rouges, n'utilisez que le format RAW ou le TIFF qui n'altère pas les pixels. 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, évitez d'utiliser la compression car vous allez bâcler tout votre travail et perdre votre temps en vain.
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. Toutefois, si vous retouchez l'image, même sous Photoshop, généralement ce format n'est pas supporté et l'information sera perdue à la première sauvegarde. Par sécurité, travaillez donc toujours sur des copies des fichiers originaux afin de conserver leur intégrité. Un logiciel très utile supportant le format EXIF est Thumber présenté à droite. De plus il est gratuit. 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 très élémentaires. La question de tout le monde se pose en achetant un APN offrant une résolution 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. 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 ou 12 bits/couleur. Il y a 3 couleurs par pixel, ce qui porte leur taille mémoire à 24 ou 36 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 tandis que le format 36 bits/pixel peut gérer jusqu'à 68.7 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.
Notons que la taille du fichier n'est pas strictement linéaire en fonction de la résolution ou du mode d'affichage car elle dépend également du niveau de détail 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 résolution (2048 x 1526 pixels), l'image d'un paysage contenant 80% de ciel bleu occupera par exemple 900 KB sur disque au format JPEG alors que l'image d'un sous-bois très feuillu peut dépasser 5 MB. Taille maximum des agrandissements L'agrandissement d'une image peut s'éffectuer 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) :
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 résolution impose d'utiliser un APN d'au moins 8 Mpixels. Ils représentent aujourd'hui à peine 10% de toute la gamme des APN commercialisés. 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. 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 3 ou 6 Mpixels, les photographes exigeants ou professionnels ne seront satisfaits qu'en utilisantdu matériel au top niveau. L'avenir : HDR où l'avantage de la virgule flottante sur 128 bits Les formats haute résolution 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 évidement). 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 ci-dessus 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. 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 2 128 nuances ! La palette de couleur 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 !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 ainsi que quelques fabricants de logiciels dont HDRShop et Adobe (Photoshop CS). Reste aux fabricants d'APN à implémenter le format HDR dans leurs appareils sans pénaliser le temps de réponse ni la taille des appareils. Ils disposent déjà des cartes-mémoires adéquates (voir page suivante), 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 des APN grand public au format HDR avant 2015. Encore faudra-t-il disposer de l'ordinateur capable d'exploiter ce format. Prochain chapitre
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