Vous avez probablement déjà lu ou entendu ces termes à plusieurs reprises : « plage de contraste » et « plage dynamique ».
Chacun dans le contexte de la photographie, bien sûr. Les deux termes sont étroitement liés et pourtant chacun a sa propre signification. Dans cet article, nous traiterons des éléments de base et jetterons les bases qui vous permettront de comprendre le sujet, jusqu’à présent. Cela dit, dans la prochaine partie, nous allons examiner de plus près cette pratique et vous donner des conseils pour bien gérer les sujets à fort contraste.
Pendant longtemps, la résolution native des capteurs d’images a été le critère essentiel pour juger de leur qualité. Après que la résolution soit devenue de plus en plus grande et qu’elle soit entrée dans des domaines où la résolution supplémentaire n’avait plus d’intérêt pratique (entre autres, parce que l’optique des objectifs n’est plus capable d’utiliser la pleine résolution), le bruit est devenu un critère de qualité supplémentaire.
C’est probablement une particularité de l’espèce des photographes que le sujet du bruit est, souvent, abordé dans des domaines qui n’ont pratiquement aucune pertinence pour la vie pratique quotidienne du photographe amateur.
Le nouveau critère de qualité
Le dernier critère de qualité en date dans les discussions des photographes amateurs est, souvent, la « plage dynamique » du capteur d’image, où une augmentation de 12,4 à 13,1 diaphragmes, par exemple, offre soudain des possibilités tellement sensationnelles en termes de qualité d’image réalisable que son achat est presque obligatoire. Ce qui peut sembler un peu moqueur, aujourd’hui, ne vise qu’à souligner qu’un tel critère unique n’est jamais suffisant pour juger de la qualité réalisable. Bien sûr, il est, toujours, utile de jeter un coup d’œil aux nouveaux capteurs et à ce qu’ils peuvent faire. La somme de la gamme dynamique, de la fidélité des couleurs, de la finesse des étapes intermédiaires et du comportement du bruit est clairement plus intéressante que la seule gamme dynamique.
Vous pensez que c’est exagéré ? Oui, absolument. On voudrais essayer de contribuer à une objectivation avec les articles suivants en expliquant les contextes techniques et photographiques, afin que vous soyez en mesure de décider par vous-même :
Qu’est-ce qui est important et qu’est-ce qui ne l’est pas ?
Outre les performances des pixels individuels, la disposition des filtres de couleur joue, également, un rôle important dans le résultat final. C’est pourquoi, à la fin de l’article, on vous présentera une comparaison entre la structure du désormais, classique capteur Bayer et un concept assez nouveau (X-Trans), que Fujifilm, par exemple, poursuit avec des résultats impressionnants.
Les termes les plus importants
Les termes de plage de contraste et de plage dynamique sont importants pour les considérations suivantes. Tout d’abord, on voudrait ajouter qu’on apporte, aussi, de la subjectivité dans l’interprétation des termes, car certaines choses peuvent être expliquées plus facilement et de manière plus plausible que, par exemple, dans Wikipedia.
Plage de contraste
On utilise, toujours, le terme « plage de contraste » en référence au sujet. Un sujet a, toujours, un point le plus clair et un point (ou une zone) le plus sombre. Considérons, maintenant, ces deux points comme une zone uniforme que nous mesurerions chacun (à ISO constant). Chacune de ces zones donne un résultat que nous pouvons attribuer à une valeur lumineuse (La valeur lumineuse est expliquée plus en détail à la fin de l’article). Supposons que le point le plus clair ait une valeur lumineuse de 16 et que le point le plus sombre ait une valeur lumineuse de 3.
Pour faire simple : la différence entre les deux valeurs lumineuses (dans l’exemple 16 – 3 = 13) donne la plage de contraste du sujet. La valeur de la lumière est, aussi souvent, exprimée en diaphragmes et aurait donc, 13 diaphragmes dans l’exemple. En réalité, la plage de contraste d’un sujet peut être nettement supérieure, mais aussi nettement inférieure.
Le brouillard, par exemple, réduit la plage de contraste, la combinaison du soleil de midi et de la plage ou de la neige l’augmente considérablement. Toutefois, pour évaluer la plage de contraste d’un motif, ce n’est pas la plage de contraste absolue qui est importante, mais la plage de contraste pertinente pour le motif.
Qu’est-ce qui est pertinent maintenant ?
En fait, il faut voir les choses dans l’autre sens : Qu’est-ce qui n’est pas pertinent ?
Prenons la photo d’un paysage où le soleil est, également, présent dans l’image, dans un coin. Le soleil est extrêmement lumineux et élargit considérablement la plage de contraste. Cependant, aucun des spectateurs ne s’attend à pouvoir voir les tâches solaires, dans le soleil sur une photo de paysage. La plage de contraste ajoutée à l’image par le soleil lui-même n’est, donc, pas pertinente pour la photo.
Supposons que sur la photo, à un moment donné, il y ait une petite maison qui s’intègre de façon pittoresque, dans le paysage. Dans cette petite maison, une fenêtre est ouverte. Dans la fenêtre, il fait noir. En théorie, il sera possible de différencier des parties de l’intérieur, dans cette fenêtre. Mais cela n’a aucun rapport avec la photo et son message. Ici aussi, vous pouvez rogner une partie du contraste du sujet sans réduire le message de l’image.
D’ailleurs, l’œil humain ne fait pas autrement. En s’adaptant constamment à la luminosité ambiante (la pupille n’est rien d’autre qu’une ouverture qui s’ouvre et se ferme constamment), l’œil s’ajuste à l’objet mis au point (sujet pertinent) et néglige les parties plus claires ou plus sombres du sujet qui se trouvent dans le champ de vision latéral (parties non pertinentes du sujet) pendant la mesure de l’exposition biologique (dans le cadre des possibilités).
La dynamique (gamme)
Vous trouverez les deux termes (contraste et plage dynamique) en référence au capteur ainsi qu’au sujet. Les corrélations sont si similaires qu’il existe, également, des chevauchements compréhensibles. Un sujet, en revanche, possède une plage de contraste physiquement existante (causée par la lumière, la forme et la couleur). Le capteur possède une plage dynamique, qui désigne, également, la plage de contraste d’un motif qu’il peut reproduire.
Alors, comment la gamme dynamique d’un capteur est-elle obtenue ?
Pour expliquer cela, revenons un peu en arrière. Comment cette portée « sinistre » des capteurs se manifeste-t-elle en premier lieu ? Maintenant, aucun fabricant ne va publier les détails spécifiques qui différencient les capteurs des différents fabricants. Mais il existe des corrélations de base sur lesquelles vous pouvez vous documenter et devenir un ingénieur.
Il faut imaginer le pixel unique d’un capteur comme un réservoir de collecte. La lumière est collectée. Pour pouvoir stocker la lumière, celle-ci est convertie en une charge électrique. La raison en est simple : la charge électrique peut être traitée numériquement.
Or, il arrive malheureusement que cette accusation naisse, aussi simplement comme ça (par des imprécisions dans la production, par la chaleur, etc.). À cet égard, une quantité minimale de lumière doit tomber et être convertie en charge électrique de manière à être suffisamment différente des charges aléatoires pour produire un signal utilisable. La limite inférieure de la gamme dynamique est apparue. Des procédés de fabrication plus précis ont réussi à repousser cette limite de plus en plus loin, de sorte que les capteurs modernes, dans la gamme de peut-être un diaphragme plus tôt, sont capables de différencier un signal qui peut être, ensuite, qualifié sur la photo comme un dessin d’ombre.
Supposons, maintenant, que ce signal minimum soit de 100 charges (chiffre purement fictif). On en arrive au point suivant. Avec chaque diaphragme, la quantité de lumière double et donc, la charge générée dans le pixel double, également. Le pas de 100 à 200 n’est pas si grand, mais dans la deuxième étape, il devient 400, puis 800 et 1 600 et ainsi de suite.
C’est précisément à ce niveau que l’on comprend très vite pourquoi il est très difficile d’augmenter sensiblement la plage dynamique d’un capteur. Pour gagner ne serait-ce qu’un diaphragme de plus dans la gamme dynamique, il faut doubler la capacité d’un pixel à collecter une charge électrique (et cela signifie la valeur maximale et non la minimale).
Voici les chiffres approximatifs d’une série Canon : l’EOS 7D pouvait accumuler environ 17 000 charges avant que le pixel ne soit « plein ». L’EOS 7D II peut, déjà, accumuler environ 35 000 charges. Aussi énorme que ce saut puisse paraître en chiffres, le gain réel n’est que d’un diaphragme en raison de l’augmentation exponentielle. À propos, de cette progression exponentielle, il découle inévitablement qu’avec la norme actuelle du RAW 14 bits, la gamme dynamique maximale d’un capteur sera, également, de 14 diaphragmes (de façon réaliste, plus probablement autour de 13 en raison des tolérances d’erreur).
Après ces explications, il devrait maintenant être clair pour vous comment la dynamique d’un capteur est créée et où elle trouve ses limites. Avec toutes ces explications, vous devez, toujours, garder à l’esprit : La gamme dynamique des capteurs actuels dépasse fondamentalement les capacités de tous les supports de sortie courants (qu’il s’agisse d’impression ou d’écran) à afficher cette gamme, même approximativement.
L’aspect technique
Pour appréhender la complexité dans son ensemble, il faudrait examiner l’aspect technique. Du côté des fabricants, il existe différentes façons d’aborder le thème de la dynamique. D’ailleurs, il ne s’agit pas seulement de la bande passante maximale qui peut être atteinte. Il s’agit, également, de la qualité des étapes intermédiaires au sein de la gamme dynamique. Il s’agit des gradations de la luminosité, même dans la gamme moyenne. Ils jouent un rôle dans l’apparition ou non de ruptures de valeur tonale, notamment dans les grandes zones de couleur et de luminosité similaires. La structure du capteur a une influence très importante.
La structure du capteur d’images
En fait, chaque pixel ne peut voir que dans une seule couleur. En fin de compte, le pixel individuel ne peut pas du tout voir « en couleur ». Il ne fait rien d’autre que de convertir la quantité de lumière incidente en une charge mesurable.
Comment la couleur est-elle créée ?
Devant le pixel se trouve un filtre de couleur, un de chacune des trois couleurs primaires.
Le pixel mesure, donc, la quantité de lumière qui tombe sur le pixel à travers le filtre de la couleur correspondante. Le capteur (ou le processeur d’image) connaît la couleur du filtre devant le pixel respectif et peut, ensuite, ajouter l’information de couleur.
La plupart des pixels sont disposés selon le modèle de Bayer. Dans chaque ligne, il y a une alternance rouge-vert, respectivement bleu-vert. Le surplus de pixels verts correspond à peu près à la vision humaine, de sorte que l’interpolation des couleurs et des luminosités donne une perception des couleurs qui convient.
Outre la plage dynamique maximale d’un capteur d’images, la qualité des gradations joue un rôle essentiel lorsqu’il s’agit de maximiser la qualité de l’image et le dessin qui en résulte, notamment dans les zones critiques (hautes lumières et ombres). Fujifilm, par exemple, innove complètement avec ses appareils photo en termes de conception du capteur (disposition des filtres de couleur).
Un film couleur analogique fonctionne, également, avec les trois couleurs primaires. Cependant, les grains individuels (la contrepartie du pixel) sont distribués de manière complètement aléatoire sur la surface, aucun des arrangements n’est répété sur la surface. Dans le cas du capteur Bayer, la zone de base est constituée de quatre pixels, qui sont, ensuite, constamment répétés, ce qui rend le capteur sensible au moirage et aux ruptures de valeur tonale (visibles sous forme de bords de couleur dans le ciel bleu, par exemple).
Avec la disposition du capteur X-Trans, le rapport des couleurs entre elles est décalé.
Aspects fonctionnels
Grâce aux explications précédentes, vous devriez avoir compris ce qu’est la gamme dynamique, où elle trouve ses limites et ce que signifie la construction du capteur d’image.
Cependant, les limites physiques d’un capteur d’images n’imposent pas de limites absolues à la photo elle-même (en tant que résultat d’un processus de prise de vue). Les appareils photo modernes offrent au photographe des fonctions de bracketing à cette fin. Bien qu’il soit, souvent, possible de faire un bracketing dans l’appareil photo lui-même, dans ce cas, vous n’avez pratiquement aucune possibilité d’influencer réellement le résultat, de sorte qu’on privilégie le bracketing pur, afin de décider en aval comment fusionner les images à la fin.
A ce stade, il n’y a qu’une chose qui compte : la fonction doit fonctionner automatiquement, la séquence d’images doit être très rapide (alors le bracketing fonctionne aussi à main levée). Et la mesure de l’exposition doit être « verrouillée » pendant la séquence d’images, sinon le bracketing n’a aucun sens.
Qualité de l’image
Après avoir élaboré ensemble les bases techniques, vous devriez avoir saisi les relations physiques à un point tel qu’on pourrait passer à la mise en œuvre pratique à l’étape suivante. Vous apprendrez, avec un minimum de planification, comment augmenter sensiblement la qualité de prise de vue de vos photos (même avec des motifs difficiles).
Vous devez vous souvenir à l’avance des éléments suivants. Même si, de nos jours, vous pouvez corriger de nombreuses erreurs d’exposition en utilisant le traitement d’image : Plus la photo originale est précise et de bonne qualité, plus la photo contient d’informations exploitables pour développer une image détaillée sur l’ordinateur.