| Convertisseur A/D | |
|---|---|
| #bits | #niveaux |
| 1 | 2 |
| 2 | 4 |
| 4 | 16 |
| 8 | 256 |
| 10 | 1024 |
| 12 | 4096 |
| 14 | 16384 |
| 16 | 65536 |
La courbe de tranfert est la fonction mathématique qui transforme l'illumination d'un photosite en signal numérique.
A droite, nous avons deux fonctions de transfert qui indiquent pour un niveau d'illumination donné le résultat (le noircissement de l'émulsion du négatif ou l'amplitude du signal électrique).
Aux faibles intensités lumineuses, le film ne réagit pas. Après développement on ne voit pas la différence entre du film non-exposé.
Le début de la courbe utile commence quand la densité est de 0.1D supérieure à la densité du voile b (cette valeur est d'ailleurs utilisée pour déterminer la sensibilité du film). Il faut une illumination minimale pour produire une modification de l'émulsion, c'est pour cela que les photographes utilisent l'expression “expose for shadows, process for highlights” (vous traduirez bien vous même...): il faut régler l'exposition sur les parties foncées de la photo. Il est possible de corriger les hautes lumières au développement.
La courbe a une partie relativement linéaire au milieu. La pente de la courbe dépend du développement, il est ainsi possible de pousser le développement (la pente sera plus raide). Un développement plus poussé augmente donc surtout le contraste. Maintenant qu'on ne travaille plus avec des plans-films développés individuellement, on ratrappe au tirage.
Quand on pousse le développement, on augmente également le voile, ce qui fait qu'il n'est pas possible de faire apparaitre des détails dans les ombres bouchées. Ils sont à jamais noyés dans le voile, qui correspond au "bruit de fond" de la pellicule.
Aux fortes expositions, il faut de plus en plus de lumière pour provoqer un noircissement accru: c'est un des grands avantages du négatif. Une molécule d'argent activée ne peut pas être activée une seconde fois: quand le pourcentage de molécules activées augmente, il y a moins de molécules sensibles qui restent, ce qui réduit la sensibilité locale de l'émulsion. Le négatif permet d'enregistrer une large gamme de tons: sa dynamique est naturellement étendue.
Le résultat est une tension électrique, par exemple de 0 à 255mV, voyez la seconde "courbe" à droite. En pratique, on n'aura jamais 0mV, puisqu'ici aussi on a un bruit de fond minimal (voir exemple à droite).
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Le premier tableau à gauche nous montre la transformation d'une intensité lumineuse en bits. Nous utilisons un convertisseur AD qui a 3 bits de résolution, donc 8 niveaux (ou pas) définis. Un pixel qui reçoit 21 lux produit le même signal numérique qu'un pixel qui reçoit 29 lux. Il y a une isohélie ou banding (zones délimitées et bien visibles où l'intensité lumineuse est identique).
Sur le tableau à gauche, nous comparons le nombre de bits du capteur et le nombre de pas disponibles.
Si notre convertisseur a 1 bit, nous avons 2 niveaux de sortie (0 ou 1).
Si notre convertisseur a 2 bits, nous avons 4 niveaux de sortie (00, 01, 10 et 11).
Si notre convertisseur a 3 bits, nous avons 8 niveaux de sortie comme l'exemple ci-dessus à gauche.
Les convertisseurs des APN bon marché travaillent en 8 bits et ont 256 niveaux de sortie: 0000 0000, 0000 0001, 0000 0010,... jusqu'à 1111 1111
Les convertisseurs A/D des appareils haut de gamme travaillent actuellement en 14 bits.
Il serait faux de croire qu'un nombre de bits plus importants indique une dynamique plus élevée, c'est une erreur que les photographes qui travaillent en mode RAW font trop souvent. Le nombre de bits indique simplement le nombre de paliers disponibles. La dynamique du capteur est déterminée par le niveau du bruit de fond et par le signal maximal que le capteur peut fournir. La dynamique d'un bon capteur est de 10EV.
Nous avons maintenant notre signal numérique 14 bits. Que va-t-on en faire? On peut le stocker tel quel (c'est le format RAW) ou le transformer en format JPEG. Pour la transformation au format JPEG (le seul visualisable sur tous les ordinateurs) on va utiliser une fonction de transfert non-linéaire qui correspond fortement à la courbe de réponse de la pellicule.
La représentation ci-dessus donne la dynamique d'un reflex digital moyen (Canon 50D). L'appareil photo a une dynamique qui s'étend de -4.5EV jusqu'à +4.5EV, donc une plage de 9EV. La transformation de l'intensité lumineuse (un signal électrique fourni par le photosite) en valeurs numériques (pour stockage sous forme d'un fichier jpeg) n'est pas linéaire: une courbe de tranfert est utilisée. Plusieurs raisons expliquent la courbe de transfert non-linéaire:
| Ce n'est pas encore assez compliqué? Lisez également la page consacrée au gamma. |
Et c'est ainsi qu'il est possible de réduire une image (capteur de 9EV) pour qu'elle "passe" par le format JPEG (8 bits = 8EV). Cette compression est comparable à celle auquel le signal d'un CD est soumis pour pouvoir passer en FM.
La courbe de transfert d'un film argentique (négatif)
Le tirage d'une photo est meilleur quand le négatif est exposé au dessus du seuil (ou pied) au lieu de juste en dessous de l'épaule (trait rouge): il y a moins de diffusion de la lumière et la photo est plus nette. C'est tout le contraire avec les appareils numériques.
On utilise le développement standard prescrit par le fabricant, puisque la pente dépend du développement.
La courbe reproduite ici est la courbe avec appareil vierge, dont on n'a pas modifié les paramètres. Il est par exemple possible d'aumenter ou de réduire le contraste de l'appareil (en fait, on modifie la courbe de transfert, pas les paramètres du capteur).
L'article sur les corrections sur l'image (highlight priority et auto lighting optimizer) a été déplacé vers cette page.
Lisez aussi l'article consacré à la différence entre la pellicule et le numérique.
Ne me dites pas qu'on a rien inventé ces 150 dernières années...
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