Photographie/Netteté des images/Généralités
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Bibliographie
■ préface - SOMMAIRE COMPLET ■ notions fondamentales et conseils pour les débutants ■ aspects esthétiques, thèmes photographiques ■ références scientifiques ■ photométrie, colorimétrie, optique ■ appareils, objectifs, éclairage, accessoires, entretien ■ procédés chimiques ■ procédés numériques ■ caractéristiques physiques des images, densité, netteté ■ compléments techniques et pratiques ■ photographie et vie sociale, histoire, enseignement,institutions, droit... | |||||
Introduction
modifierLa netteté des images est une question relativement complexe ; certaines méthodes d'étude et/ou de présentation arrivent facilement, si l'on n'y prend garde, à la compliquer davantage encore, voire à embrouiller totalement les esprits.
L'impression de netteté que nous ressentons en examinant une image est le résultat final d'un processus dont les phases principales sont :
- la formation de l'image des objets représentés par un système optique approprié, le plus souvent un objectif de prise de vues ;
- l'enregistrement physique de cette image sur un support, ou sur plusieurs supports successifs ;
- enfin l'examen visuel, qui peut être direct, à l'œil nu, ou indirect, lorsqu'il est pratiqué à l'aide d'un instrument d'optique.
De même qu'une chaîne de levage vaut ce que vaut son maillon le plus faible, un résultat final de la plus haute qualité possible nécessite que toutes les étapes de ce processus soient conduites au mieux. Un mauvais objectif, ou un objectif haut de gamme utilisé dans de mauvaises conditions, fournira une image optique floue et qui le restera, quelle que soit la façon dont cette image aura été enregistrée, et quelles que soient les conditions dans lesquelles on l'observera par la suite.
Formation des images
modifierQuoi que l'on fasse, l'image photographique d'un objet n'est jamais parfaitement nette, même si l'œil, éventuellement assisté d'un instrument d'optique, la perçoit comme telle.
Le meilleur modèle de source ponctuelle que l'on puisse imaginer n'est autre qu'une étoile. Les étoiles sont si éloignées de nous que leur diamètre apparent ne peut jamais être mesuré, même avec les instruments d'observation les plus puissants actuellement disponibles. Au niveau de la surface sensible d'un appareil photographique, l'image d'une telle source n'est jamais un point, mais toujours une tache lumineuse dont la structure est souvent très complexe et dont les dimensions peuvent être extrêmement variables.
Les phénomènes susceptibles d'intervenir dans la formation de telles taches sont multiples, mais on peut les classer grosso modo dans l'une ou l'autre des rubriques suivantes :
- La nature de la lumière fait que l'image d'une source lumineuse ponctuelle ou quasi ponctuelle ne peut jamais être réduite à un seul point lumineux. On obtient au mieux une « tache d'Airy », c'est-à-dire une « figure » lumineuse constituée d'une tache centrale entourée d'un certain nombre d'anneaux concentriques de moins en moins lumineux. Ces structures très fines sont généralement imperceptibles sur les photographies « normales » mais elles peuvent se révéler fort gênantes pour certains travaux scientifiques. Le diamètre de ces taches diminue en même temps que la longueur d'onde de la lumière qui les forme.
- La qualité du système optique intervient largement sur la netteté de l'image finale. Tous les objectifs photographiques, sans aucune exception, donnent des images plus ou moins entachées de diverses aberrations ; la qualité des images varie grandement non seulement en fonction de l'objectif monté sur l'appareil mais aussi, pour un même objectif, en fonction des conditions dans lesquelles on l'utilise.
- La qualité de la mise au point est évidemment un élément fondamental. Idéalement, pour enregistrer l'image d'une source quasi ponctuelle, la surface sensible doit intercepter le faisceau lumineux issu de cette source à l'endroit où il est le plus resserré, de façon que la tache-image correspondante soit la plus petite possible. Si la surface sensible est décalée par rapport au plan de mise au point, cette condition n'est évidemment plus réalisée. Les taches images ainsi formées ont des bords relativement nets et leurs dimensions sont souvent beaucoup plus grandes que dans les deux cas précédents. En fait, ces taches ont des dimensions proportionnelles à la fois au décalage de mise au point et à celles de l'ouverture par laquelle les rayons lumineux ont pénétré dans l'appareil. Leur contour reproduit pas ailleurs celui de l'ouverture en question (pentagonal pour un diaphragme à 5 lames, annulaire pour un objectif catadioptrique, etc.).
Ces trois processus interviennent tous dans la formation de l'image par le système optique, mais ils sont d'une nature radicalement différente les uns des autres.
Tache d'Airy simulée par ordinateur |
Franges violacées dues à l'aberration chromatique |
Taches dues à un défaut de mise au point |
| Le diamètre du cercle central dépend de la longueur d'onde de la lumière, il est plus petit pour les radiations bleues que pour les rouges. La forme circulaire n'est qu'un cas particulier, généralement ces taches sont plus ou moins ovoïdes en fonction de divers facteurs, en premier lieu l'obliquité des rayons qui traversent l'objectif. | L'aberration chromatique est l'un des multiples défauts qui affectent, à des degrés divers, tous les objectifs sans exception. Ces défauts, ou aberrations, contribuent tous à leur manière à dégrader la netteté des images et donc la quantité d'informations qu'elles peuvent contenir. | Hors du plan de mise au point, les « images » de points lumineux isolés sont des taches plus ou moins polygonales ou annulaires, selon la forme de l'ouverture par laquelle passent les rayons lumineux. Les dimensions de ces taches dépendent de l'ouverture du diaphragme et de la distance par rapport au plan de mise au point exacte. On y remarque souvent des halos périphériques et des irisations plus ou moins prononcées. |
Les structures des supports des images
modifierComme on le voit ci-dessous sur quelques exemples, les supports des images ne présentent jamais une structure continue. De ce fait, ils sont incapables de restituer convenablement des détails dont les dimensions sont trop petites et la quantité d'information qu'ils peuvent enregistrer par unité de surface est donc forcément limitée. Il est évident qu'un support possède une capacité de stockage ou de transfert d'information d'autant plus élevée que sa structure est plus fine.
.jpg) Image négative |
.jpg) Positif théorique |
-1.png) Quadrichromie |
 Écran cathodique |
| Les images négatives sont constituées d'amas d'argent plus ou moins grossiers, répartis de façon irrégulière et d'autant plus serrés que la zone concernée a reçu plus de lumière. Une telle structure est dite aléatoire. | Les zones noires d'un tirage positif ne correspondent à aucun objet, mais seulement aux espaces du négatif laissés libres entre les amas d'argent. En pratique, le passage au positif provoque de nouveaux défauts qui s'ajoutent aux précédents. | Les trames utilisées pour la quadrichromie sont orientées de façon à éviter le « moirage ». On voit très bien les points plus ou moins empâtés sur les affiches grand format qui « ornent » nos cités. Les couleurs sont restituées par synthèse soustractive. | Les « phosphores » trichromes d'un écran cathodique forment eux aussi une « trame ». Ils émettent plus ou moins de lumière selon l'intensité du faisceau d'électrons qui les atteint, permettant ainsi la synthèse additive des couleurs. |
| Curieusement, l'image négative semble plus nette et beaucoup moins grossière que l'image positive. | Ici les structures ne sont plus aléatoires, mais au contraire périodiques sur toute la surface de l'image. | ||
Si le souci de tout photographe doit être avant tout d'obtenir le meilleur enregistrement d'informations possible au moment de la prise de vue, puis d'assurer au mieux les transformations conduisant à l'image finale, une réflexion sur des problèmes plus généraux n'est sûrement pas inutile. En effet, certains des facteurs qui jouent un rôle dans l'obtention d'images de qualité sont clairement identifiés mais beaucoup d'autres restent souvent ignorés ; de plus, beaucoup d'idées fausses circulent et perdurent, entretenues par la mauvaise littérature de vulgarisation et très souvent par les photographes eux-mêmes.
La structure fine des images
modifierL'observation d'un sujet à photographier fait apparaître des contours nets, où les transitions sont brutales, et des plages dont les couleurs et les luminances sont uniformes ou ne varient que de manière progressive. L'information en provenance de ces dernières possède tous les caractères du continu.
En revanche, toutes les images photographiques présentent une « structure fine » plus ou moins discontinue qui se superpose à l'information utile et la dégrade. En s'approchant suffisamment de l'image et au besoin en la grossissant, cette structure apparaît dans tous les cas, quel que soit le procédé et quoi que l'on fasse. Elle peut être pseudo-périodique ou aléatoire (le grain d'une pellicule, le bruit d'un capteur, le scintillement d'un écran perlé ...) ou encore périodique (les pixels d'une image informatique, les trames d'impression, la trame d'un écran informatique ...).
Lorsque les structures fines passent inaperçues lors de l'examen de l'image finale dans des conditions « habituelles », l'image des zones de transition brutale paraît nette et celle des zones uniformes ou présentant des variations de valeurs progressives donne l'illusion de la continuité. On peut alors considérer qu'elles n'ont pas une grande importance mais il existe tout de même quelques pièges. Par exemple, en photographiant un écran d'ordinateur avec un appareil numérique ou en scannant sans précautions un document photographique imprimé, on a toutes les chances d'obtenir des effets de moiré particulièrement désagréables. De temps en temps, ces effets apparaissent d'ailleurs aussi sur les tirages industriels.
La notion de qualité globale d'une image
modifierLorsque l'œil évalue la qualité globale d'une image, il tient compte de façon synthétique d'un ensemble de propriétés physiques : la reproduction des valeurs, la reproduction des détails et la netteté (ces deux notions ne doivent pas être confondues), enfin la granulation. Sur ce strict plan technique, l'expérience montre que les observateurs établissent davantage leurs jugements sur des impressions personnelles que sur un raisonnement et des critères rationnels.
Dans la mesure où la qualité de l'image influe directement sur la perception des informations qu'elle contient, on a cherché à définir des critères permettant une évaluation objective. Il faut naturellement que cette évaluation rejoigne, dans des conditions données et statistiquement, les conclusions de l'évaluation subjective.
La reconnaissance des formes
modifierLa détection de détails dans l'image ne suffit pas, encore faut-il que l'observateur puisse faire le tri entre les éléments qui contiennent une information utile et ceux dont la présence est sans intérêt. Diverses études ont montré que la reconnaissance de formes à peine visibles était liée à la perception des frontières entre des plages contiguës.
L'étendue de la zone de netteté
modifierLes problèmes de la prise de vue seraient bien moindres si tous les sujets étaient plans et perpendiculaires à l'axe optique. En pratique, c'est rarement le cas et l'image de tout ce qui ne se trouve pas dans le plan de mise au point ne peut être que plus ou moins floue. Comme nous le verrons, ce sont les défauts de l'œil qui nous permettent d'accepter comme nets des détails qui ne le sont pas, ce qui permet de définir la notion de profondeur de champ.