Photographie numérique

La photographie numérique recouvre l'ensemble des techniques permettant l'obtention d'une photographie via l'utilisation d'un capteur électronique comme surface photosensible, ainsi que les techniques de traitement et de diffusion qui en découlent. On l'oppose à la photographie argentique.

Historique de la photographie numérique

Le premier Mavica de Sony apparaît en 1981. Il est doté d'un capteur CCD de 279 300 pixels (l'Amstrad D950 qui arrive en même temps sur le marché en possède 10 fois moins) et stocke les photos analogiquement sur une mini-disquette d'une capacité de 50 photos. Avec des accessoires supplémentaires, il est possible de visualiser les photographies sur un téléviseur, les imprimer ou les envoyer par le réseau téléphonique, sans possibilité de retouche.
En 1990, Kodak sort plusieurs appareils à usage professionnel. Le Fotoman (1992) de Logitech, à destination du grand public, permet de stocker sur 1 Mo, trente-deux photographies en niveaux de gris.
En 1994, apparaît chez Apple Computer le premier appareil photo grand public couleur, le QuickTake 100 de 0,3 Million de pixels, comme le Fotoman Plus de Logitech sorti peu de temps après.
En 1995, apparaît chez Casio le premier appareil photo doté d'un dos LCD à destination du grand public.
En 1999, les capteurs de plus d'un mégapixel se généralisent.
En 2002, il se vend en France plus d'appareils numériques que d'argentiques.
En 2003, Canon sort le premier reflex numérique à destination du grand public : l'EOS 300D ou Rebel.
En 2004 des capteurs numériques équipent un bon nombre de téléphones mobiles, le plus souvent avec une définition de 640×400 pixels, parfois avec un capteur de 1,3 million de pixels ou plus.
En 2006, le géant américain Kodak ainsi que l'ensemble de ses concurrents (Fuji, Agfa, KonicaMinolta...) connaissent des baisses de chiffres d'affaire records dues à la non rentabilité des appareils et accessoires argentiques.

Du côté des photographes professionnels possédant une PME et vivant uniquement des revenus générés par la photographie, on peut parler de « crise du numérique » due à la baisse des volumes de vente de pellicules et appareils argentiques, plus rentables, mais aussi et surtout à la concurrence « déloyale » à laquelle se livrent les grands distributeurs (Carrefour, Leclerc...) mais aussi les discounters sur Internet et leurs opérations « prix cassés » (0,12 euro la photographie dès le premier exemplaire, un tarif impraticable par les petites et moyennes entreprises, tarif insuffisant pour payer à la fois les employés, les machines, les charges, etc.).

Prise de vue numérique

Capture

Les systèmes optiques (objectif, viseur optique, chambre reflex), de ces appareils sont voisins des solutions argentiques, à l'exception de l'obturateur qui n'est pas nécessaire. Un composant électronique sensible à la lumière, le capteur, prend la place du film et traduit les informations lumineuses en signaux électriques. L'image est traduite en une matrice de valeur de luminance, l'image numérique qui sera, après traitement, stockée dans un dispositif de mémoire électronique, généralement une carte mémoire flash de petit format.

En fonction de l'appareil et des réglages, les points (pixels) de l'image sont traités de manière à améliorer le rendu : interpolation pour reconstituer les couleurs, filtrage pour diminuer le rapport signal sur bruit, accentuation pour augmenter la netteté, correction des couleurs (balance des blancs), etc.

Ensuite, leur nombre peut être réduit pour prendre moins de place, en diminuant la définition où la zone centrale est étendue par interpolation pour obtenir un effet de zoom numérique. À noter que dans ce cas, les pixels supplémentaires sont interpolés, ce qui entraîne une dégradation de la qualité globale de l'image. Le même traitement peut être effectué a posteriori par un logiciel de retouche d'image.

Le capteur est un CCD, CMOS ou un capteur FOVEON.

Stockage

Ces informations résultantes sont groupées dans un fichier informatique. On rencontre deux grandes familles de fichiers :

les fichiers JPEG sont des fichiers compressés. L'électronique de l'appareil applique l'algorithme de compression en fonction du taux sélectionné. Cette compression est destructive, des informations sont perdues. Mais le phénomène reste peu perceptible pour l'œil humain, pour des faibles taux de compression.
Les fichiers RAW sont des fichiers « propriétaires » (dont la définition n'est pas publiée), propres à chaque fabricant contenant toute l'information captée après traitement mais avant toute compression. Ils sont beaucoup plus gros que les fichiers JPEG. Ils nécessitent un logiciel spécialisé pour être exploités.

Enfin, en plus de l'image proprement dite, ces fichiers transportent des informations sur les conditions de prises de vue (en-tête Exif), qui peuvent être lues totalement ou partiellement par de nombreux logiciels. Cet en-tête peut disparaître lors du traitement de retouche si ce format n'est pas supporté par le logiciel utilisé.

Les photographies sont stockées soit dans la mémoire de l'appareil lui-même (en règle générale, de l'ordre de quelques images en résolution maximale), soit sur une carte mémoire extractible.

Le transfert des données peut être fait par un câble (USB en général), par extraction et lecture de la carte mémoire sur un ordinateur. Certains appareils peuvent transférer les images par un système sans fil (Bluetooth ou WiFi).

Le transfert peut être fait vers :

un ordinateur personnel, permettant de visualiser, trier et de traiter les images ;
un disque dur portable autonome ;
une imprimante où les possibilités de sélection et de retouches sont minimes ;
Une console de développement sur papier, permettant également de visualiser et de trier les images.
Un lecteur multimedia portable (téléphone mobile, ipod, console de jeux portable...)

Utilisation

Les images produites peuvent être visualisées sur l'écran arrière de l'appareil photo et supprimées au besoin ou exportées vers un ordinateur, retouchées grâce à des logiciels, publiées sur Internet, imprimées, stockées sur cédérom ou DVD... Certaines imprimantes, avec ou sans écran de contrôle, lisent directement les cartes-mémoires et ne nécessitent pas d'ordinateur intermédiaire. L'ancienne étape de développement du film est supprimée, ce qui fait gagner du temps et permet parfois aussi de prendre des photos dont le contenu est très personnel. Mais également, le tirage des images en couleur devient à peu près aussi facile que les tirages papier noir et blanc qui pouvaient se faire avec un labo amateur. Toutefois, les encres et papiers spéciaux sont très onéreux et le tirage de qualité à domicile n'est pas compétitif avec le tirage professionnel.

Les modèles récents (2005) d'appareils photo numériques, de types compact ou reflex, proposent des résolutions suffisantes (4 à 10 millions de pixels ou plus) pour tirer des images de format A3, voire supérieur, ce qui autorise l'usage d'un boîtier numérique pour l'illustration. Les photojournalistes utilisent désormais des appareils photo numériques pour transmettre électroniquement les photos à leur rédaction depuis le lieu de prise de vue.

Parallèlement, le marché professionnel utilise aussi des dos numériques de 11 (pour Kodak) à 16 voire 50 millions de pixels ; tous ces capteurs sont conçus pour se placer au dos de l'appareil photo (d'où leur nom de dos numérique). Ils sont utilisés dans la mode, sur des moyens formats (voir Format de pellicule photographique) ou sur des chambres photographiques (type SINAR, GRETAG…) pour la publicité ou la reproduction d'œuvres d'art.

Popularité

Les amateurs aussi accueillent avec enthousiasme les appareils numériques dont le coût a nettement diminué. L'informatique à domicile, le World Wide Web, le courrier électronique et la facilité de partager ses photos avec ses proches ont probablement beaucoup contribué à cet engouement. La liberté de laisser chacun des membres de sa famille gérer à sa guise les photos qu'il désire et le nombre de leurs tirages a certainement eu son importance également. L'usager n'a plus besoin de consommer de pellicules voire de tirer les documents s'il se contente de l'écran de l'ordinateur : il est totalement autonome. Le numérique permet en outre de multiplier les essais à moindre coût.

Le marché actuel

Dès 2002-2003 sont apparus des reflex numériques (DSLR pour « Digital Single Lens Reflex » en anglais ou « reflex numériques à un seul objectif » par opposition aux appareils à visée télémétrique) à un prix abordable (pour des professionnels ou des amateurs experts) pouvant réellement concurrencer le reflex argentique, notamment le Nikon D100 ou le Canon 10D. Ces reflex sont pour la plupart dotés de capteurs 6 mégapixels et disposent d'une sensibilité pouvant monter jusqu'à 3200 ISO en équivalent argentique. Le défaut majeur (ou avantage selon le cas) est que le capteur est plus petit que le film équivalent de 35 mm. Les objectifs voient donc leur grossissement changer (voir Caractéristiques des capteurs pour photoscope). Par exemple, le Canon 10D a un coefficient multiplicateur de 1,6 et ainsi un objectif de 24 mm utilisé sur cet appareil numérique donnera un cadrage comparable à un 38,4 mm sur un 24×36. Ce n'est pas très intéressant pour le grand angle. En revanche, un 300 mm deviendra un 480 mm, ce qui est au contraire passionnant pour les photographes en nature ou les paparazzis...

Le même phénomène se retrouve dans les indications de longueur focale. Ainsi, on parle par commodité « d'équivalent 200 mm » car il donnera le même grandissement qu'un 200 mm sur un reflex 24×36 mais la longueur focale réelle est différente. La valeur nominale n'intéresse que les opticiens. Les indications « ×2 », « ×6 », etc. restent toutefois moins parlantes.

Inconvénients actuels des appareils numériques

Les appareils sont encore extrêmement gourmands en énergie (surtout l'utilisation de l'afficheur LCD). L'idéal est de pouvoir utiliser des piles rechargeables métal-hydrure du commerce, sans effet mémoire donc sans perte de capacité dans le temps, contrairement aux accumulateurs cadmium-nickel. Les derniers appareils numériques sont livrés avec des batteries au Lithium de capacité nettement supérieure à celles citées précédemment, sans effet mémoire. Une recharge permet de prendre entre 200 et 650 photos suivant la capacité de la pile et l'emploi ou non du flash incorporé.
Un inconvénient qui commence à se réduire sur les nouveaux appareils : le décalage entre l'appui sur le déclencheur et la prise de vue, très sensible lorsqu'on a longtemps utilisé un appareil argentique ; les sujets mobiles sont souvent hors cadre sur le cliché.
En voyage, il faut pouvoir recharger fréquemment les batteries et prévoir une capacité de stockage importante pour les images car il n'est plus possible d'acheter une pellicule dans la boutique locale... 1 Go de mémoire (ou plus) et un chargeur pour la voiture sont une bonne précaution. On trouve aussi des appareils de déchargement de fichiers qui comportent un disque dur de 20, 30, 40 Go avec ou sans affichage (voir Epson, Jobo, etc.). On peut bien évidemment avoir un ordinateur portable pour le stockage.
Les appareils à objectif interchangeable sont très sensibles au problème de la poussière, d'autant que l'effet de soufflet produit par la bague de zoom aspire les particules à l'intérieur, qui viennent alors se déposer sur le capteur. Les solutions ou les approches sont diverses selon les marques :
- Pentax place devant le capteur un écran que l'on peut nettoyer. Le problème n'est que repoussé au moment où une poussière viendra s'intercaler entre l'écran et le capteur.
- Nikon et Kodak donnent des indications sur les méthodes de nettoyage du capteur (curieusement, ces techniques et les ustensiles ne sont publiés qu'au Japon, les autres marchés étant servis par une recommandation de retour en service après-vente).
- Canon propose dans le menu un nettoyage de capteur qui met celui-ci à nu pour un nettoyage par air.
- Olympus intègre à son E1 un vibreur à ultrasons faisant tomber la poussière sur un... ruban adhésif.
- Presque toutes les marques suggèrent de ranger l'appareil objectif vers le bas (afin de favoriser la chute des poussières loin du capteur), de ne changer l'objectif que dans une atmosphère raisonnablement propre (éviter les tempêtes de sable !), etc.
- La vulnérabilité des capteurs à la poussière est un problème complexe pour deux raisons principales. La petite taille des pixels favorise leur occultation, cette dernière est facilement visible sur les photos. La poussière très fine, plus difficile à maîtriser, est aussi la plus sujette à adhérence par effet de tension de surface.
Certains appareils à visée reflex numérique dont la taille du capteur sensible est inférieure à 24×36 mm, voient la photo recadrée d'environ 10 % - 20 %. Les conséquences en sont une focale supérieure d'environ 60 % (160 mm réels pour un objectif 100 mm), qui diminue l'effet de grand angle.

À l'attention des débutants

Aujourd'hui, de nombreuses personnes ayant peu d'expérience en photographie se retrouvent en possession d'un compact numérique et peuvent être impressionnées par les expressions un peu mystérieuses qu'elles découvrent alors. Les explications tentent de lever le voile de ces mystères.

Correction d'exposition

Cette expression est parfois remplacée par compensation d'exposition ou par compensation EV.

L'exposition du capteur numérique (ou du film sur un appareil classique) est la quantité de lumière qu'il reçoit. Celle-ci croît avec le temps de pose et l'ouverture du diaphragme. Sur un appareil évolué, le photographe choisit ces deux paramètres tandis qu'un appareil automatique les choisit sans intervention de l'opérateur.

Un automatique classique muni d'un film classique donne des résultats acceptables dans bon nombre de circonstances. En numérique (comme sur les diapositives), la gamme des expositions qui font passer le capteur du noir au blanc est plus faible. Dans ces conditions, on obtient plus fréquemment des zones sous- et/ou surexposées et l'appareil choisit une position moyenne sans savoir si elle satisfera le photographe.

Ainsi, le débutant peut photographier des fleurs dont les corolles, qui présentent de jolies nuances dans la nature, deviendront uniformément blanches sur la photo. L'explication réside dans le fait que l'exposition était commandée par le fond sombre majoritaire sur lequel se détachaient les fleurs claires : le fond a été raisonnablement éclairci au détriment du sujet et, pour obtenir une photo plus satisfaisante, il aurait fallu ordonner à l'appareil de réduire l'exposition. Le cas inverse se présente lorsqu'on photographie sur la neige un sujet qui devient excessivement foncé.

C'est le rôle de la correction qui existe sur un compact numérique mais pas sur un compact classique. Pratiquement, elle est en général définie par des nombres variant par tiers entre -2 (sous-exposer) et +2 (surexposer). Ces nombres s'interprètent en termes d'ouvertures du diaphragme mais il se trouve que, sur un compact numérique, la très faible focale interdit les ouvertures aussi petites que sur un 24×36, sous peine d'aberrations. Le réglage de l'exposition se fait donc par le temps de pose : -1 correspond à une division par 2 de celui-ci, +2 à une multiplication par 4.

Balance des blancs

Un corps blanc est un corps qui réfléchit toutes les lumières, toutes les couleurs. Il paraît donc blanc en lumière blanche et rouge en lumière rouge.

Le problème se complique lorsqu'on constate qu'un corps blanc peut paraître blanc aussi bien sous un éclairage incandescent que sous un ciel gris. En effet, les physiciens assurent que le premier éclairage produit une lumière rougeâtre tandis que le second produit une lumière bleuâtre. C'est le cerveau qui interprète, jusqu'à un certain point, les couleurs vues par les yeux.

Il se complique encore plus lorsque cette interprétation ne fonctionne plus en face d'une photo de la scène considérée. Ainsi, on peut être plus ou moins choqué par une photo d'intérieur avec une dominante rouge ou une photo d'extérieur avec une dominante bleue.

En photographie classique, ce problème se résout en utilisant des films adaptés à tel ou tel type d'éclairage. En numérique, le calculateur se contente de modifier quelques valeurs, ce qui est une méthode beaucoup plus souple. Ainsi, le photographe a généralement accès aux réglages Incandescent, Luminescent, Flash, Soleil, Ombre, Nuages,...

Deux autres positions sont disponibles. La position Auto tente d'imiter l'ajustement effectué par le cerveau, semble-t-il avec succès dans de nombreux cas. À l'opposé, la position Blanc mesuré est commode pour des éclairages hors du commun (on cite souvent le cas d'une pièce éclairée à la fois par des ampoules et des tubes). Dans ce cas, il suffit de viser un papier blanc situé sous l'éclairage et de déclencher pour obtenir le bon réglage.

Les grandes marques d'appareils photo numériques

Voir article spécialisé: Industrie de la photographie numérique

Sujets connexes à la prise de vue numérique

Impression d'une photographie numérique

L'image numérique devient une photographie au sens commun du terme quand elle prend la forme d'une épreuve permanente sur papier. Le passage du fichier image issu de l'appareil photo numérique ou du scanner (et retravaillée ou non sur ordinateur) à cette épreuve finale se fait via une imprimante. Une chaîne ne valant que ce que vaut son maillon le plus faible, le développement de la photo numérique a longtemps été freiné par les médiocres performances (coût élevé, qualité médiocre des images produites) de ces périphériques. Ce problème a heureusement été réglé depuis, et l'on trouve maintenant des modèles abordables, capables d'atteindre la fameuse « qualité photo ». Il existe aujourd'hui deux grands types d'imprimantes utilisés pour la photo numérique : celles dites à sublimation thermique (voir imprimante) et celles à jet d'encre (voir imprimante). Le prix d'achat de l'imprimante et la résolution maximale des images qu'elle fournit constituent bien évidemment des critères de choix importants, mais le rapport qualité/prix de chaque modèle dépend également du coût des consommables, notamment des cartouches d'encre noir ou couleur, qu'il nécessite. À noter en outre que, si les imprimantes à jet d'encre peuvent fonctionner avec du papier ordinaire, elles ne donnent leur pleine mesure qu'avec du papier dit « qualité photo », qui n'est pas vraiment bon marché, même si l'augmentation de la consommation tire les prix vers le bas.

Côté professionnels, la Pictrography est un des premiers procédés d'impression permettant d'obtenir une image similaire aux tirages argentiques. Il reste encore utilisé aujourd'hui dans certains studios car son rendu est bien supérieur aux impressions par jet d'encre qui ne peuvent reproduire la totalité du spectre RVB, ne pouvant se limiter techniquement qu'au CMJN.

Le meilleur rendu actuellement au point reste le traitement de l'image numérique sur papier argentique.

La numérisation de film

Quand on n'utilise pas un appareil photo numérique, on peut tout de même pratiquer la photographie numérique. Plusieurs chemins s'offrent à l'amateur et au professionnel.

Cette approche très répandue avant que les appareils photo numériques soient disponibles avec la qualité actuelle repose sur la numérisation d'une prise de vue argentique traditionnelle soit au niveau du film (négatif ou diapositive) soit de l'image sur papier (voir plus loin, “le scan de reproduction”.

On utilise alors un scanner à haute résolution (de 2 000 dpi à 5 400 dpi pour les scanners amateurs, bien plus pour les scanners professionnels.) qui analyse directement le négatif ou la diapositive et fournit une image numérique. Certains scanners de film sont munis de dispositifs capables de corriger automatiquement les défauts du film : poussières, rayures. En effet, étant donnée la petite taille du document initial (24×36 mm) les rayures et les poussières collées sur le film prennent des proportions souvent gênantes. Les premiers utilisateurs étaient obligés de faire un nettoyage manuel dans leur logiciel de retouche d'image. Les scanners les plus performants offrent une détection automatique de la présence des poussières par une analyse parallèle utilisant un canal infrarouge qui sert ensuite à appliquer un filtrage automatique localisé.

Avantages

Un scanner de film est généralement moins cher qu'un appareil photo numérique de la résolution équivalente (mais cela changera sans doute).
Le prix d'un appareil numérique peut être onéreux mais il permet d'économiser de nombreux frais de développement.
La plupart des labos photo proposent maintenant le développement des films avec numérisation sur un CD-ROM : Il est donc moins utile d'avoir un scanner de film, toujours délicat et fastidieux à utiliser.

Inconvénients

Le photographe ne profite pas de l'avantage de la prise de vue numérique (la disponibilité immédiate des images).
L'offre de scanners de film est étroite et le marché se concentre vers les modèles professionnels.

Quelques scanners de film

Même si l'on rencontre quelques scanners mixtes (des scanners à plat sont capables de lire du film 35 mm négatif et des diapositives - avec une qualité inférieure), il s'agit le plus souvent de produits spécialisés.

Canon
Epson
Hewlett-Packard
- PhotoSmart
- S20
Kodak
Konica Minolta
- DiMAGE Scan Multi Pro
- DiMAGE Scan Elite 5400
- DiMAGE Scan Dual IV
Nikon
- Super CoolScan 5000ED
- Super CoolScan 9000ED
- Super CoolScan 4000ED (LS-4000)
- Super CoolScan 8000ED (LS-8000)
- CoolScan IV
- CoolScan V ED
Olympus

Le marché se partage toujours entre des scanners plutôt orientés grand public et des scanners tournés vers les besoins des professionnels (rapidité, très haute résolution, possibilité de traiter en quantité des rouleaux entiers de pellicules, etc.)

Le scan de reproduction

Cette autre approche est dérivée de la précédente (scan de film), mais il s'agit de numériser des tirages papier. On utilise donc un scanner de documents plats tout à fait traditionnel. Le photographe peut simplement demander des tirages papier de son film (ou utiliser des documents de toute autre origine) et a la possibilité de travailler ou modifier ces images.

Avantage

Investissement encore plus faible que pour un scanner de film.

Inconvénients

L'étape de reproduction sur papier dégrade sensiblement la qualité de l'image (par rapport à l'image stockée sur le film argentique).
Dans le cas d'une image faite sur une tireuse elle-même numérique, on risque d'importants effets de moiré (tels qu'on en rencontrait sur les impressions tramées avant la mise au point des angles de trames en imprimerie). Cet effet peut être réduit par certains logiciels, mais au prix d'une réduction de la qualité (perte de définition).