..:: Les Appareils NumÉriques ::..
La photographie numérique regroupe toutes les techniques permettant l'utilisation d'un capteur électronique pour obtenir une photographie. On l'oppose donc à la photographie argentique, car le couple capteur et carte de stockage numérique remplace le film et donc les réactions chimiques.
I) NAISSANCE ET HISTORIQUE DE LA PHOTOGRAPHIE NUMERIQUE :
1970, Invention du capteur CCD*1981, Le constructeur Sony fabrique le premier appareil photo numérique à stockage magnétique (sur disquette) : le Mavica pour Magnetic Video Camera. Un disque magnétique permet le stockage de 50 images en couleurs d'une définition de 490×570 points (280 000 pixels), au format NTSC*. On peut visualiser les photographies sur une télévision et elles ne sont pas modifiables.
Mavica de Sony1989, Canon sort le Xapshot, destiné au grand public, disposant d'une définition de 786×300 points. Puis sortent les modèles Ion. Ces modèles ne sont pas totalement numérique, car bien que capturées par des capteurs électroniques, les photos sont stockés de façon analogique.
1991, Kodak sort un dos numérique pour un reflex* classique, le Nikon F3. C'est un produit réservé aux professionnels de par son prix.
1992, le fabricant Logitech lance son appareil photo numérique. L'appareil propose une définition de 376×284 pixels*, et peut stocker 36 photos en mémoire.
1993, Apple dévoile à son tour un appareil photo similaire, le Quicktake, qui prend des photos en 640x480 ou 320x240.
Quicktake de Apple1995, apparition des appareils photos numériques grand public "actuels", équipés d'un écran LCD* couleur au dos (Casio en est le précurseur).
1998, les appareils possédant un capteur de plus d'un mégapixel se généralisent.2002, en France se vendent plus de numériques que d'argentiques.
2003, premier reflex numérique destiné au grand public et donc à prix abordable, l'EOS 300D de Canon.
EOS 300D de Canon2004, les capteurs numériques prolifèrent et on en trouve sur les téléphones portables (au départ d'une résolution de 640x480 pixels, il existe maintenant des téléphones équipés d'APN* de 5 megapixels).
II) CONSTRUCTION ET FONCTIONNEMENT D'UN APPAREIL NUMÉRIQUE :
1) BOITIER :
Un appareil numérique fonctionne, dans sa partie optique (chambre, objectif, viseur) de la même façon qu'un argentique, si ce n'est l'exception de l'obturateur qui n'est plus présent, car le capteur vient remplacer le film. Les numériques de type compact ont pour fonction de rendre une image agréable, même si celle-ci est différente de ce qu'on voit, en utilisant des techniques comme l'accentuation pour augmenter la netteté, ou des corrections des couleurs (balance des blancs automatiques souvent, pour rendre des photos plus chaudes et donc plus agréables). Le reflex a, quand a lui, le devoir de rendre une photo au plus proche possible de la réalité, donc la seule technique utilisée est la réduction du bruit numérique*.
Boitier professionnel Canon
2) OBJECTIFS :
a) Les zooms
Il existe deux types de zooms : les numériques et les optiques.Le zoom numérique est en fait une diminution de la définition de la zone centrale en interpolant, c'est à dire un grossissement des pixels, qui deviennent par conséquent plus visibles, ce qui dégrade la qualité de la photo. Le zoom numérique n'est donc qu'utilisé sur les compacts, pour proposer un zoom plus attractif, mais en réalité ce n'est qu'un argument marketing du fait de son intérêt limité.
Le zoom optique est de son côté un "vrai" zoom. Ce sont les lentilles de l'objectif qui se déplacent, et donc la qualité n'est pas altérée, car le nombre de pixels initiaux est le même.
/!\ Attention : zoom ne veut pas dire "téléobjectif", celà signifie simplement que l'on peut choisir entre plusieurs focales. Il existe donc des zooms grand angle à petite focale.
b) Les focales fixes
Un zoom déployé à la focale minimale/maximale
Il existe néanmoins des objectifs à focale fixe (c'est à dire sans zoom, comme décrit dans la partie argentique). Les zooms ont l'avantage d'être plus polyvalents, mais les focales fixes gardent l'avantage d'une meilleure qualité optique et restent les plus utilisés en studio (car le photographe peut se déplacer)
Un objectif à focale fixe
3) CAPTEUR :
Un capteur est un composant électronique, formé de millions de photosites* disposés sur une couche de silicone, qui a pour principe de collecter les photons* qu'il reçoit afin de les retransmettre sous forme de signaux électriques.
Un capteur photographique
Le nombre de photosites dont le capteur dispose est un facteur important pour la qualité finale de la photo, car il faut en général 4 photosites pour mesurer une couleur et créer un pixel. Le nombre de signaux émis est proportionel à la lumière reçue par le capteur, par conséquent plus la surface du capteur sera grande, plus la lumière reçue sera importante et meilleure sera l'exposition. Lorsque l'exposition du capteur à la lumière est finie, les signaux sont numérisés par un convertisseur analogique/digital puis amplifiés et traités en un fichier image par le processeur. Pour finir ils sont stockés dans la carte mémoire, qui est donc le support final de la photographie. Le couple capteur/film correspond donc au film photo en argentique. Ces capteurs photo sont également utilisés dans les caméras, camescopes et scanners. Il existe deux types de capteurs : les CCD et CMOS :
- Le CCD (Charge Coupled Device, mis au point en 1969 par les Laboratoires Bell) est plus complexe à fabriquer que le CMOS, a une sensibilité correcte mais est plutôt lent. Les capteurs CCD ont pour avantages un plus faible niveau de bruit numérique, un meilleur rendu des noirs et des endroits peu éclairés, mais par contre les CCD ont une consommation électrique supérieure aux CMOS.
- Le CMOS (Complementary metal oxide semi-conductor, apparu dans les années 1980) est plus complexe dans sa fabrication que le CCD, mais il a plusieurs avantages : il consomme moins d'énergie électrique, on peut le miniaturiser davantage, sa fabrication est moins chère et plus rapide, sa vitesse de lecture est accrue et surtout, pour la photographie, le CMOS possède une meilleur résistance aux hautes lumières (sans sur-expositions).
Les capteurs utilisés vont de moins de 1 megapixels à plus de 40 megapixels pour certains moyen ou grand formats professionnels. Ces capteurs fonctionnent en général à partir de 50 ISO (ou ASA, mais le terme ISO est plus utilisé en numérique tout en correspondant à la même donnée) jusqu'à 1600 voire 3200 pour certains (mais le bruit numérique* devient trop gênant et donc est peu utilisé).
L'inconvénient est que les capteurs sont plus petits que les films 35mm (pour la plupart), et donc les objectifs n'ont plus le même angle de vue (mais la focale reste la même) donc le grossissement est différent. Par exemple, sur les reflex numériques canon, un 24mm donne un cadrage correspondant à un 38mm en 24x36. C'est donc un gros inconvénient pour les utilisateurs de grand angles, car la focale correspondante en 35mm est moins "grand angle", donc Canon a sorti des reflex à capteur dit Full Frame (plein cadre, c'est à dire 24x36, donc le cadrage est le même qu'en 24x36 et le grand angle est conservé), mais ces appareils sont très onéreux et donc réservé aux professionnels (ou amateurs fortunés...). Mais cette multiplication de l'angle et le grossissement du cadrage peut être un énorme avantage pour les photographes animaliers, car un 300mm devient donc un 480mm (et à ces focales, 180mm de différence peut se payer sur un objectif neuf des milliers d'euros sur des objectifs professionnels).
Pour les indications de focale, on parle en général "d'équivalent XXmm en 24x32".
Voici un tableau des formats de capteurs les plus courants actuellement (excepté les téléphones portables et webcams) :
Mpixels Format Rapport L/H Largeur (mm) Hauteur (mm) Diagonale (mm) Surface (mm²) Rapport 7 1/2,5" 4/3 5,1 3,8 6,4 20 6,8 10,5 1/1,8" 4/3 7,1 5,3 8,9 39 4,9 8 1/1,7" 4/3 7,5 5,6 9,4 43 4,6 8 1/1,6" 4/3 8,0 6,0 10,0 49 4,3 8 2/3" 4/3 8,8 6,6 11,0 59 3,9 10 4/3" 4/3 17,8 13,4 22,3 243 1,9 12,4 "APS-C" 3/2 23,4 15,7 28,2 382 1,5 12,5 24*36 3/2 36 24 43,3 900 1,0 Les megapixels correspondent au nombre maximal le plus adapté et ayant le meilleur rendu pour chaque taille de capteur. Le rapport est à appliquer à la focale de l'objectif pour avoir la longueur focale correspondant au même angle de cadrage en 35mm (24x36).
On peut donc constater que le nombre de pixels que l'on peut intégrer sur un capteur pour un rendu optimal n'est pas obligatoirement proportionnel à la taille du capteur. Par exemple le format APS-C et le 24x36 ont un nombre de pixels optimal de respectivement 12,4 et 12,5 Mpixels ce qui est une différence négligeable compte tenu de la différence de taille de ces deux capteurs.
III) STOCKAGE :
Les informations recueillies par le capteur sont stockées dans un fichier numérique, envoyé sur la carte mémoire insérée dans l'appareil.
Une carte mémoireLes fichiers numériques de type photographie sont classés dans deux familles :
- Les fichiers bruts, au format RAW. Ce sont les formats choisis par les professionnels ou passionnés du fait de leur complexité à exploiter. Ils contiennent toutes les informations que le capteur fournit lors de la prise de vue. Ces Raw nécessitent un logiciel spécial pour pouvoir être exploités, mais comme ils contiennent toutes les informations sans détérioration, ils sont de meilleure qualité et le traitement et la retouche peuvent être beaucoup plus poussés. Ce format doit être converti avant de pouvoir être, par exemple, publié sur une page internet.
Ce format correspond au négatif de la photographie numérique, apte à toutes les possibilités de traitement ultérieur (correction de la sensibilité, du contraste...).
- Les fichiers compressés, du type JPEG. L'appareil définit selon le réglage qu'on lui a appliqué une compression et ne conserve par exemple qu'un pixel sur trois. De cette façon, le fichier est beaucoup moins lourd et on peut sauvegarder sur la même mémoire plus de photos en JPEG qu'en RAW, et la différence n'est pas visible sur une photo sans retouche et avec un appareil numérique compact grand public. Le JPEG est donc préférable pour les photos de type vacances, de famille, etc...
Dans chaque fichier de photo se trouvent des informations sur la prise de vue (références de l'appareil, date, focale utilisée, ouverture du diaphragme, temps de pose, etc...) appellées EXIFs qui peuvent être lues par des logiciels spécialisés.
On peut envoyer les clichés pris sur un ordinateur soit :
- en connectant l'appareil par un cable à l'ordinateur (souvent un cable usb)
- en connectant la carte mémoire sur un lecteur de cartes flash
- grâce à des dispositifs de transferts sans fil (WiFi, Bluetooth)
IV) TECHNIQUES PARTICULIERES AU NUMERIQUE :
- 1) LA CORRECTION D'EXPOSITION :
L'exposition d'un capteur est la quantité de lumière qu'il reçoit.
Comme expliqué dans la partie argentique, cette exposition dépend de l'ouverture du diaphragme et du temps de pose. Sur des compacts grand public, ceci est géré automatiquement par la cellule d'exposition (également expliqué dans la partie argentique), mais sur les reflex, ce couple de paramètres peut être géré manuellement en fonction de l'effet que l'on veut donner à la photo.
Un compact automatique avec un film de 200 ISO (classique) produit des photos correctes dans la plupart des situations. Avec un numérique, le phénomène est le même que pour les diapositives : le capteur passe plus rapidement du noir au blanc, donc on a plus facilement de zones sur ou sous exposées. Par exemple, pour un portrait en extérieur avec le ciel en fond, la cellule va se baser sur le visage. Donc le ciel, émettant beaucoup plus de lumière, va produire une zone sur exposée, dites "cramée", et le ciel sera blanc. C'est donc là qu'intervient la correction d'exposition existant sur les numériques. L'exposition se corrige en général entre -2 (sous exposition) et +2 (sur-exposition), chaque unité correspondant à une division ou multiplication. Par exemple, si on sous expose de -2, celà correspond à une division par 2 du diaphragme et +2 correspond à une multiplication par 4.
À gauche de l'image se trouve la barre de correction d'exposition
- 2) LA BALANCE DES BLANCS :
Un corps blanc réfléchit toutes les lumières et donc les couleurs. On le voit donc de la couleur par laquelle il est éclairé (vert si on l'éclaire en vert, etc...). Le problème est de définir à quel moment le corps est réellement blanc (sans nuance). En fonction des spectres des lumières, la lumière sera plus ou moins colorée (par exemple, rouge sous une lampe à incandescence et sous un ciel gris la lumière sera plus bleutée). Seulement, ces dominantes sont plus ou moins marqués et peuvent provoquer comme un voile de couleur sur une photo. En argentique, il faut changer de film selon l'éclairage pour pallier à ce problème. En numérique, d'une photo à l'autre le choix est possible entre différents réglages comme la lumière de type Néon, Flash, au Soleil, sous un ciel couvert, etc... Le processeur de l'appareil diminue une certaine teinte en fonction et la sélection, et la photo redevient donc comme on peut la voir à l'oeil nu, plus naturelle.
Températures de différentes sources lumineuses
Une photo avant/après ajustage de la balance des blancs
V) DEVELOPPEMENT :
Regarder des photographies sur un écran n'est pas forcément ce qu'il y a de plus plaisant, et par conséquent il peut être utile d'en avoir un tirage papier. Pour celà, il faut une imprimante. En général les imprimantes dégradent énormément les photographies numériques, mais depuis peu la qualité a beaucoup évolué et on peut atteindre au moindre coût la "qualité photo" attendue, grâce à deux types d'imprimantes : celles à jet d'encre, les plus courantes, et les imprimantes dites à "sublimation thermique", plus spécialisées dans l'impression de photographies. La Pictrography est une technique permettant des tirages similaires aux argentiques, c'est pourquoi on l'utilise dans les studios pour son rendu d'excellente qualité. En effet, les imprimantes jet d'encre ne permettent pas de reproduire tout le spectre de la lumière classique dit "RVB" (rouge vert bleu), mais seulement le CMJN (cyan, magenta, jaune, noir, aussi appelé quadrichromie), qui ne permet pas de reproduire toutes les couleurs, notamment les couleurs vives.
Comparaison entre une photographie utilisant le spectre RVB (à gauche) et CMJN (à droite). On remarque que les couleurs sont moins vives à droite.
Les tirages de bonne qualité et au moindre prix ont des conséquences sur les photographes professionnels vivant sur les revenus générés par la photographie, la vente de pellicules et appareils argentiques. Cette "crise du numérique" est due à l'abandon progressif de l'argentique par le grand public et la concurrence des grandes surfaces avec des prix auxquels les petits photographes ne peuvent pas s'aligner.
Conclusion :
En conclusion, la naissance de la photographie numérique a été une énorme évolution dans le domaine, permettant de visualiser et trier directement ses photos après la prise de vue. Le format numérique permet également aux photographes de modifier leurs clichés, d'une part pour un post traitement afin de corriger certains problèmes techniques ou imperfections, d'autre part pour modifier radicalement la photographie de la réalité : le montage ; il ne faut donc pas confondre montage et retouche photographique.
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