Photographie » Technique » Physique » Image stacking
T'es-tu déjà demandé comment font les smartphones pour produire des images aussi nettes quand il y a peu de lumière? Un exemple d'appareil est le Huawei P30pro. Il faisait tellement sombre, que l'écran des smartphones éclaire la scène.
Le mot-clef, c'est image stacking, l'empilement de plusieurs images. Quand il y a peu de lumière, il faut utiliser un long temps de pose. Mais un long temps de pose produit des images peu nettes à cause du flou de bougé.
L'appareil prend un grand nombre de photos les unes après les autres avec un temps de pose normal. Cela se remarque à l'appareil: il est bloqué pendant plusieurs secondes et une note sur l'écran signale qu'il faut tenir l'appareil le splus stablement possible. Les photos qui ont été prises sont trop sombres et contiennent surtout du bruit de fond. Toutes ces photos sont inutilisables telles quelles.
Mais l'appareil a un processeur très puissant à bord qui permet de combiner toutes ces photos pour en faire une seule. Le logiciel recherche d'abord les points clairs dans chaque image: ils serviront de points d'ancrage lors de l'empilement. Le logiciel peut décaler et incliner les photos pour que les points d'ancrage se retrouvent tous aux mêmes endroits sur la photo définitive.
La photo qui en résulte est suffisamment claire et ne contient pas trop de bruit de fond. Le bruit de fond est stochastique et est réduit d'une image à l'autre. Les éléments de l'image par contre sont présents dans chaque image et se renforcent d'une image à l'autre.
A cause des petits mouvements que l'appareil fait, le logiciel peut également éliminer le bruit du capteur (dark current noise). Ce bruit est produit par les défauts du capteur et se retrouve toujours à la même place car il est produit par les mêmes pixels. Ce bruit reste parfaitement fixe d'une image à l'autre, tandis que le contenu se déplace légèrement. Le logiciel peut aisi détecter aisément le bruit inhérent au capteur.
Le mode HDR est également de l'empilement d'images
L'empilement d'image n'est pas nouveau, il était déjà utiilsé quand le mode HDR (high dynamic range) de certains appareils photos était enclenché. L'appareil prend successivement trois photos, une avec une exposition normale, une sous-exposée et une sur-exposée. Cela permet de réduire les défauts du capteur (sa dynamique limitée). Les trois photos sont assemblées dans l'appareil même, on récupère les hautes lumières dans la photo sur-exposée et les ombres dans la photo sous-exposée.
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| High Dynamic Range |
| Panorama |
Mode panorama
Quand le mode panorama est enclenché, l'appareil fait également un assemblage d'image, cela se voit bien à droite. Le mode panorame sur l'appareil photo même n'est pas vraiment nouveau, il existe déjà depuis les années 2010. Le panorama complet se compose d'une combinaison de nombreuses images, sans qu'on voit les collages. Le même effet appareit par exemple quand une personne se déplace dans le champ pendant la prise d'une photo en mode HDR.
Focus stacking
Il s'agit probablement du mode d'empilage le plus connu (les gens ne se rendent pas compte que les autres modes sont aussi réalisés par empilement de photos individuelles). Le focus stacking est principalement utilisé en macro-photographie pour augmenter la profondeur de champ qui est toujours très limitée, même avec une petite ouverture.En focus stacking manuel, l'opérateur prend plusieurs photos de suite, avec à chaque fois une légère modification de la mise au point. Comme cela est difficilement réalisable avec la bague de mise au point, l'appareil est monté sur un statif et est déplacé avec un micromètre.
Il existe des logiciels sur ordinateur pour combiner automatiquement plusieurs photos en focus stacking, tout comme il existe des applications pour réaliser automatiquement un panorama.
Certains appareils Panasonic et Olympus ont un mode focus stacking automatique. Canon propose cette fonction sur ses appareils mirrorless (série RF).
Le focus stacking est également appellé Z stacking, Z étant la troisième dimension d'une image (X: largeur, Y, hauteur et Z profondeur, représentée sur une photo par la netteté, qui dépend de la profondeur de champ).
ƒ-stacking
Un système moins connu de gran public, mais très utilisé par les photographes paysagistes professionnels est l'empilement d'images prises avec une ouverture différente. Cela correspond au Z-stacking des macro-photographes, mais destiné aux paysages.Quand on utilise un grand diaphragme, la profondeur de champ est très limitée, tandis qu'avec un petit diaphragme, l'image manque de netteté à cause de la diffraction. En combinant plusieurs images avec une ouverture différente, on obtient une image très nette qui a une profondeur de champ très étendue et naturelle. L'image est très nette (c'est nécessaire pour les photographes professionnels) et la netteté diminue très progressivement, on ne peut pas déterminer la profondeur de champ.
Pixel shift
Comme tous les procédés d'entassement d'image, ce système ne fonctionne bien que pour des images statiques, car le "temps de pose" total est rallongé.
Apollo stacking
Et pour terminer un petit supplément qui reprend plusieurs techniques réalisées sur ordinateur. Lors des missions Apollo dans les années 1970, les astronautes ont réalisés des petits films en 16mm. La grandeur des images font 10 × 7.5mm et ne sont pas très nettes. le grain est très apparent, causé par la pellicule sensible qui devait être utilisée.En plus d'éliminer le bruit de fond, le but est également d'aumenter la résolution des images obtenues. Les petits détails disparaissent en effet dans le bruit de fond et un lissage mathématique les éliminerait complètement.
Si on scanne les différentes images à une résolution très élevée et qu'on les assemble avec un logiciel adapté, on peut faire appratitre des détails qui sont plus petit que le grain de l'émulsion. Il s'agit d'une forme de pixel shifting déjà décrit plus haut (fonction présente sur certains appareils Olympus).
Les photos sont originaires du vol Apollo XIII, la mission qui a un peu loupé. La première photo est un panorama réalisé à partir d'une séquence complète (près de mille photos), ce qui permet d'éliminer le bruit de fond et en même temps reproduire tout l'intérieur de la capsule.
Sur la seconde photo, on voit bien les dégats sur le module de service (causé par l'explosion d'une bonbonne d'oxygène). Le module de service a été détaché au moment de la rentrée dans l'atmosphère terrestre.
P - p - pa - ppp - pah - panorama
Focus stacking ou Z stacking
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