Fiche de cours

Le rôle des algorithmes dans les appareils photo numériques

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Objectifs

Se familiariser avec le vocabulaire de la photographie.
Comprendre que les algorithmes sont omniprésents en photographie numérique.

Points clés

Il existe 3 grandes familles d’algorithmes présentes dans la génération d’une photographie numérique :

les algorithmes de prises de vue qui permettent une aide à la prise de vue (mise au point, stabilisation, etc.),
les algorithmes de traitement qui permettent d’améliorer l’image après enregistrement du fichier brut au format RAW (balance des blancs, saturation des couleurs, contraste, etc.),
les algorithmes de compression qui permettent d’enregistrer l’image en occupant le moins de place possible sur la mémoire (compression JPEG par exemple).

Pour bien comprendre

Se rappeler le fonctionnement global de l’appareil photographique
La compression JPEG est adaptée à la perception visuelle humaine

1. Introduction

Voici le schéma qui représente le fonctionnement global du capteur d’un appareil photographique numérique, du sujet à l’image numérique.

Fonctionnement global du capteur d’un appareil photographique numérique

Dans la réalité, de nombreux algorithmes interviennent, notamment au niveau de la prise de vue et des post-traitements.

La chaine précédente devient alors la suivante.

Fonctionnement détaillé du capteur d’un appareil photographique numérique

2. Algorithmes de prises de vue

Les algorithmes de prises de vue permettent une aide à la prise de vue, comme la stabilisation et la mise au point.

a. La stabilisation

Lors de la prise de vue sur un sujet immobile, il est possible que celui qui prend la photographie bouge (par exemple en appuyant sur le déclencheur), et donc que l’appareil photographique bouge avec lui, ce qui a pour effet de donner une image floue ! On appelle cela le flou de bougé.

Pour compenser cela, la plupart des appareils photographiques proposent des algorithmes de stabilisation. On ne rentrera pas ici dans les détails de ces algorithmes qui sont assez complexes.

Exemple

b. La mise au point

Lors de la prise de vue, c’est également un algorithme qui contrôle la mise au point, c’est-à-dire le positionnement de la lentille par rapport au capteur pour que l’image soit nette. Des fonctionnalités sophistiquées permettent par exemple de prendre automatiquement une rafale de photographies, afin de les fusionner et d’obtenir l’image la plus nette possible : c’est la technique du focus stacking (empilement de mises au point).

Certains appareils permettent même de contrôler la profondeur de champ, c’est-à-dire mettre en valeur le sujet (net) dans son environnement (flou). Plus la profondeur de champ est grande, plus il y a de zones nettes dans l’image.

Exemple

3. Algorithmes de traitement

Les algorithmes de traitement permettent d’améliorer l’image après enregistrement du fichier brut (RAW), comme la balance des blancs ou encore la saturation des couleurs.

a. La balance des blancs

La balance des blancs est un réglage qui permet un équilibre correct des couleurs par rapport à la dominante de couleur de l’environnement ambiant : lumière du jour, salle de spectacle, paysages de neige, etc.
La balance des blancs donne des couleurs plus proches de la réalité.

De nombreux appareils proposent une balance des blancs automatique réalisée à partir de différents algorithmes souvent complexes.

Exemple

b. La saturation des couleurs

Les couleurs, après acquisition par les photosites du capteur d’un appareil photographique, peuvent parfois paraitre un peu fades.

L’intensité de la couleur est « mesurée » par ce que l’on appelle la saturation.

Il existe des algorithmes, notamment dans les smartphones, qui permettent plusieurs réglages de cette saturation des couleurs.

La saturation des couleurs donne des couleurs plus vives.

Exemple

4. Algorithmes de compression

Après cette série plus ou moins longue de traitements d’amélioration de l’image, il reste encore à l’enregistrer en occupant le moins de place possible sur la mémoire : c’est l’étape de compression.

La compression la plus utilisée en photographie numérique est la compression JPEG, qui a donné son nom au format de fichier JPEG.

La compression JPEG est une compression avec pertes (destructive), ce qui lui permet, en dépit d’une perte de qualité, un des meilleurs taux de compression.

L’algorithme de compression JPEG utilise des outils mathématiques complexes. Il faut juste retenir qu’il se concentre sur la luminosité en respectant la perception visuelle humaine.

Si l’on zoome sur une image JPEG, on peut remarquer les effets de la compression. Les défauts sont visibles sous la forme de carrés de 8 pixels par 8.

Défaut du JPEG

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