Les demandes exprimées dans les groupes traduisent une connaissance insuffisante des mécanismes de la vision. Les paragraphes suivants sont des rappels de définitions et de règles.

Les mesures de définition peuvent s'exprimer en points par mm, en traits par mm ou en DPI.

Attention : ne confondons pas une définition optique ou photographique, en traits par mm, avec une définition en DPI ou points par pouces. Un trait par mm (plus justement appelé "paire de traits", un blanc et un noir) équivaut en effet a un minimum de 2 pixels, 1 blanc et 1 noir !

     Souvent assimilé à une chambre photographique, l'oeil humain possède un objectif, le cristallin dont la focale F est de 15 mm environ.

      La rétine constitue la surface sensible de l'oeil. Elle est composée d'environ cent millions d'éléments sensibles : les cônes et les bâtonnets. Répartition : environ 5 % de cones et 95 % de bâtonnets. Les bâtonnets contribuent plutôt à la vision périphérique et nocturne.

      Les 6 à 7 millions de cônes sont concentrés dans la macula, une zone elliptique de 3 x 1,5 mm, centrée sur l'axe optique. Au centre de la macula, une petite dépression circulaire de 0,5 millimètres de diamètre, la fovea, regroupe 30000 cônes. C'est la zone de plus grande discrimination spatiale et de meilleure sensibilité chromatique.

La majorité des auteurs admet que le diamètre de cônes est de l'ordre de 5 µmètre (0,005 mm).

La fovea possède une densité de points sensibles élémentaires Dr =1 / 0,005 mm = 200 pixels / mm. Ou bien encore, exprimée en DPI : Dr = 5000 DPI... Et en paires de traits par mm = 100 pdt/mm.

Pour des notions détaillées de la physiologie de l'oeil, on trouvera des liens en fin de page.
Faire éventuellement une recherche sur Google, avec les termes "rétine" et/ou "fovea".

Visibilité des mires

      Partant de ces données, il devient possible d'effectuer une vérification expérimentale avec des mires à traits parallèles. Soit une mire comportant une cinquantaine de barres blanches et noires de 1 mm de largeur (très facile à réaliser avec un logiciel de dessin vectoriel, en particulier avec la fonction "distribution" qui permettra d'assurer une équidistance rigoureuse entre les barres).

      La mire imprimée sera bien éclairée, mais sans être éblouissante. On l'observera en augmentant la distance jusqu'à ce que l'on soit tout juste capable de séparer les traits

      La définition de cette mire (Dm) est de 1 trait (blanc ou noir) par millimètres. Calculons à partir de quelle distance D on ne parviendra plus à séparer les traits , c'est à dire quand la définition de l'image sur le fond d'oeil deviendra supérieure à la définition rétinienne (Dr).

D = F x Dr / Dm = environ 6 mètres.

La vérification expérimentale effectuée avec plusieurs personnes, donne bien cet ordre de grandeur.

      Nota : La détermination de cette distance fait couler beaucoup d'encre et constitue une source d'erreurs importante. Nous avons retenu la distance où l'on séparait encore distinctement les traits. Une autre méthode, préconise de choisir la distance pour laquelle on ne distingue plus les traits, mais pour laquelle on est encore à même d'indiquer leur orientation, sans aucune ambiguité. Il semble y avoir un rapport de 2 entre les résultats de ces méthodes, ce qui n'est pas surprenant puisque dans un cas on fonctionne sur les traits distincts et que dans l'autre, c'est plutôt sur les pixels et sur leurs alignements... Le comportement de l'ensemble rétine/cerveau sur des alignement est très particulier : certains fils de lignes électriques ne peuvent pas être vus au delà d'une certaine distance. Or, on les voit bien plus loin !

Produit Remarquable PR.
      
       A partir des chiffres de la définition rétinienne et de la focale de l'oeil, nous pouvons définir un produit remarquable. Ce produit : PR = 200 x 15= 3000. Retenons ce chiffre : 3000. Soit en raisonnant en paires de traits par mm PR = 1500 pdt/mm. Le PR permet de calculer la définition nécessaire et suffisante d'un objet pour qu'il nous apparaisse parfaitement NET. Toute augmentation de la définition ne saurait être utilisée par l'oeil, car produisant sur la fovea une définition d'image supérieure à sa définition intrinsèque.

Définition nécessaire en fonction de la distance d'observation D.

Cette définition DN est donnée par la formule : DN (paire de traits) = 3000 / D mm .
Soit, en DPI : DN (DPI) = 150000 / D mm ou DN = 150 / D (m)

Exemples d'applications :

      Vous visitez une exposition photographique de posters de 70 x 100 cm. Pour l'observation optimale, vous vous êtes placé à 1,5 m de l'image. Définition nécessaire de cette image, dans ces conditions :

DN = 3000 / 1500mm = 2 paires de traits / mm, ou encore 150 / 1,5 = 100 DPI.

Autre cas, vous tenez à la main un 20 x 30 cm que vous observez à 30 cm.

DN = 3000 / 300mm = 10 paires de traits / mm, ou encore 150 / 0,3 = 500 DPI

Dernier cas, vous vous tenez à 75cm de votre 17 pouces favori... dont le pitch est de 0,25 mm.

DN = 3000 / 750 mm = 4 paires de traits / mm soit 8 pixels / mm ou encore 150 / 0,75 = 200 DPI

      Mais la définition de votre écran n'est que de 1 / 0,25 = 4 pixels par mm. Il est donc incapable de vous donner la sentation d'extrême netteté apportée par un bon tirage ou une projection de diapositive.

 Définitions de base.

      L'unité la plus communément utilisée est le DPI (Dot per inch), c'est-à-dire, le nombre de points élémentaires séparables, définis dans un intervalle de 25,4 millimètres. La version métrique est le PPM(Points par mm). Le rapport entre les deux est donc : 1 PPM = 25,4 DPI.

      Un tube cathodique possède une définition physique qui lui est propre. Pour vérifier la structure de nos tubes couleurs, il suffit de prendre une loupe :

      Le point élémentaire n'existe pas : sur un écran couleur de 17 pouces, on mesure par exemple 4 groupes de 3 points en couleurs élémentaires (chaque groupe constituant 1 point lumineux coloré) par millimètres. Ce qui permet de dire que le pitch de l'écran est d'environ 1 / 4 = 0,25 mm. A quelle définition physique cela correspond-t-il ?

      La définition s'exprimant en DPI (nombres de points par pouces) il suffit de diviser la longueur d'un pouce, soit 25,4 mm par la valeur du pitch :

DPI écran = 25,4 / 0,25 = 100 DPI environ.

      Le chiffre de 72 ou 76 DPI qui traîne partout remonte aux temps ou les tubes cathodiques étaient de bien moins bonne qualité et affichaient gaillardement des pitches de 0,32 ou 0,33 mm !

      Mais quel que soit le nombre de pixels d'une image appliquée à l'écran par l'électronique, la définition observée de cette image ne dépassera jamais la définition physique de cet écran. Donc pour afficher seulement à l'écran, il est pratiquement inutile de dépasser 100 DPI.

La taille de l'image affichée à l'écran dépend de différents paramètres. Exemple :

      Soit un balayage électronique, couvrant un écran de 19 pouces, jusqu'aux bords, avec 1280 x 960 pixels ou points élémentaires. Une ligne horizontale électronique comprendra donc 1280 points. Sa dimension va dépendre de la taille de cet écran, mais aussi de ses réglages.

      On souhaite y appliquer une image issue d'un scanner, a partir d'une image physique de 18 cm en largeur, scannée à 100 DPI. Dans cet exemple on va obtenir un fichier de 180 mm / 25,4 x 100 = 700 pixels, qui occupera alors sur l'écran, toujours en horizontal, la dimension suivante :

      Le tube de 19 pouces fait environ 485 mm de diagonale 366 mm en horizontal. Son pitch est de 0,26 mm ce qui donne en largeur un nombre physique de points lumineux de 366 / 0,26 = 1400 points environ. Sa définition physique sera toujours celle du masque , soit environ 1400 points / 14,4 inches = 97 DPI. Rappelons que l'écran est balayé par la carte graphique en 1280 points par ligne.

      Dans ces conditions, l' image de 700 pixels occupera 700 / 1280 = 54% de la largeur de l'écran, soit 366 x 0,54 = 198 mm de large environ.

      Si on décide de passer la vidéo en 800 x 600, toutes autres choses inchangées : l'image sur l'écran devient 700 / 800 = 0,875. Ce qui donne une largeur de 366 mm x 0,875 = 320 mm, toujours en 97 DPI écran. L'image sera plus grande.

      Si on numérise au maximum des possibilités des scanners (on arrive souvent à des fichiers de 30 Mo et beaucoup plus), cela permet de laisser le maximum de possibilités au traitement graphique qui suit. Cependant, la règle générale donne la formule suivante :

Résolution de numérisation = Résolution du périphérique de sortie x Facteur d'échelle.

Exemple : pour imprimer en A4 en 300 DPI, à partir d'un 24 x 36 mm :

      A partir de la matière brute, issue de la numérisation, il y a toujours des améliorations à apporter à l'image : taille, luminosité, contrastes, correction de dominantes, recadrages, orientation, nettoyage, netteté, effets spéciaux etc... C'est le rôle des logiciels de traitement graphique, dont PhotoShop est l'un des plus représentatifs et universels.

      Signalons un défaut courant survenant lors du renforcement d'une image à faible définition : le crénelage ou "aliasing", ou encore l'aspect "en escalier" des diagonales.

      Voici un processus très simple permettant de matérialiser son apparition pour bien comprendre le phénomène : une même photo scannée deux fois, donne les fichiers suivants, en fonction de la définition retenue :

      La comparaison simultanée de ces deux photos, donne des résultats absolument identiques à l'écran. C'est conforme à la théorie puisque l'écran utilisé a une définition physique de 97 DPI et ne peut absolument pas montrer une définition supérieure.

      Par contre, si l'on essaie de renforcer (augmentation de la netteté apparente) l'image à faible définition, on constate que ce sont les accentuations qui provoquent le crénelage des diagonales sur l'image. Cette constatation vaut également pour l'image à 600 DPI, réduite à 100, si on applique cette accentuation après réduction à 100 DPI. Par contre on peut applique toutes les corrections de renforcement sur l'image 600 DPI et la réduire après à 100 DPI : elle restera excellente.

      Les scanners paraissent poser des problèmes quand au choix des réglages, en particulier pour scanner des diapositives. Quelle définition choisir ? Numérisez au maximum de définition, et ensuite adaptez votre image à vos besoins avec un logiciel de traitement graphique. Mais beaucoup d'utilisateurs voudraient avoir directement l'image prête à être utilisée, sans manipulations supplémentaires.

      Raisonnons à l'envers, à partir du document final attendu. Supposons que l'on veuille publier une illustration dans une revue format A4, imprimant à 300 DPI et que l'on souhaite que la photo occupe une demie page, soit environ 170 mm x 120 mm.

Dimensions photo, en pouces (inches) : 170 /25,4 = 6,7 et 120 / 25,4 = 4,7

Dimensions du grand coté en pixels : 6,7 x 300 DPI = 2010 pixels

Dimensions du petit coté en pixels : 4,7 x 300 DPI = 1410 pixels

      Les scanners pour diapositives ayant une définition réglable dont la valeur maximale dépasse 2700 DPI, il est possible de réaliser cette numérisation.

       Le film 35 mm, négatif ou positif, noir et blanc où couleur, conditionné en bandes ou en montures diapositives, est dans tous les cas un support transparent.

       Les scanners à plat, très répandus, sont des scanners à réflexion alors qu'il faut pour scanner un film, utiliser des scanners à transmission. De plus, la faible taille de la surface active (environ 9 centimètres carrés) implique une haute définition afin de pouvoir produire des images de grandes dimensions. Ceci exclue les "Dos pour transparents" parfois vendus en compléments des machines de début de gamme (ce dispositif peut seulement rendre service pour scanner des ektachromes de grande taille).

      La véritable solution consiste, s'il s'agit de films 35 mm, positifs ou négatifs, à acquérir un scanner spécialisé, du genre Nikon "CoolScan", "Canoscan 2700F", HP Photosmart", "Epson FilmScan", "Konica", Minolta ou plus récent comme le "Nikon Super Coolscan LS 4000".

      Cette liste donne juste un aperçu. Ils ont tous des passe-vues appropriés au format du film et ont souvent des définitions très importantes, de l'ordre de 2700 DPI optiques, voire beaucoup plus. (Ne pas confondre avec les chiffres annoncés par certains fabricants, qui résultent d'une interpolation par un logiciel. Cela augmente artificiellement le nombre de pixels mais ne crée absolument pas d'information supplémentaire !).

      Le logiciel d'exploitation du scanner propose alors le choix entre films positifs (diapositives) ou négatifs (tirages papiers) et cela en noir et blanc, ou en couleur, films naturels ou masqués. J'utilise personnellement un Nikon Coolscan , associé à une imprimante Lexmark Z 52 et les résultats , en A4, sur un papier brillant de qualité, sont très satisfaisants. Pour obtenir de bons résultats, il convient de scanner en 2700 DPI et 16 millions de couleurs, et le prix à payer, c'est le volume du fichier qui atteint une trentaine de méga-octets.

Le format de sortie est un fichier qui peut revêtir les principaux formats graphiques usuels.

Taille du fichier graphique : 68 000 000 / 8 = 8,5 Millions d'octets.

NOTA Nous avons détaillé ce calcul car c'est un point ou il y a beaucoup de confusions.

      Pour clarifier encore, supposons que la taille du fichier soit considérée comme trop importante et que l'on souhaite la réduire sans toucher à la définition de l'image. Il suffira de réduire le nombre de couleurs de l'image.

      Si on la réduit (traitement graphique) en 256 couleurs, soit en 8 bits, la taille du fichier deviendra : 8,5 Mo / (24 bits/8 bits) = 2,8 Mo. On pourrait aller beaucoup plus loin en adoptant un format graphique comprimé, genre JPEG, avec perte d'information, mais cela ne conviendrait plus aussi bien pour une impression, bien que cela paraisse très correct à l'écran (d'une définition toujours assez faible : 70 à 100 DPI).

      Les imprimantes, surtout les modernes petites jet d'encre, affichent des définitions faramineuses 2400 DPI ! Est-ce une erreur ou une tromperie ? Certainement pas, le volume des goutelettes colorées et les dimensions des points imprimés se réduisant en rapport. Mais il ne s'agit pas d'une définition résultante globale et toute la différence est là ! Un point coloré sera rarement composé d'une couleur pure. Il sera le résultat de la superposition de plusieurs micro-gouttes dont la surface totale n'est plus en rapport avec la définition spécifique. Cette augmentation des performances se traduira par beaucoup plus de fidélité dans les demi-teintes et les nuances. L'image d'une sphère sera parfaitement modelée, ne montrant plus les transitions brutales dans les dégradés, comme il y a quelques années. Nous considérons que ce type d'imprimante a une définition résultante approchant 300 DPI, ce qui est parfaitement satisfaisant dans le cadre d'une utilisation bureautique.

     C'est un débat toujours d'actualité et les partisans irréductibles de l'une ou l'autre formule défendent farouchement telle ou telle position !

     Prenons une référence technique officielle : Film Kodachrome 25, 64 et 200, color reversal film. Professional Films. Notice technique Kodak E-55, December 1996. Il s'agit d'un excellent film diapositif couleur. Les trois émulsions ont à peu près la même bande passante. Par contre, la sensibilité nominale joue directement sur la granulométrie.

      Les courbes qui nous intéressent représentent la "modulation-transfer curve", ou courbe donnant le contraste obtenu sur le film (on sait le mesurer physiquement au micro-densitomètre) en fonction de la fréquence spatiale.

      Autrement dit, en fonction de la définition sur le film, exprimée en nombre de cycles ou de paires de traits blancs/noirs par mm. Mais en informatique, on a plus l'habitude de manipuler des "points par pouce" ou DPI.

      La conversion est aisée. Une paire de traits/mm équivaut à 2 x 25,4 mm = 51 points par pouce, soit 50 DPI environ.

      D'après ces courbes, une réponse donnant un contraste de 50% du maximum correspond à une définition d'environ 40 t/mm. Et si l'on admet une dégradation du contraste jusqu"à 10% (on devine juste les traits), la définition monte à 80 t/mm.

Partant de ces deux chiffres on peut calculer le nombre de pixels nécessaire sur chaque axe (en 24 x36 mm) :

A 80 t/mm 24 x 80 = 1920 x 2 = 2840 pixels et 36 x 80 = 2880 x 2 = 5760 pixels.

Soit pour la surface totale de la diapositive : 2840 x 5760 = 16 millions de pixels.

A 40 t/mm 24 x 40 x 2 = 1920 pixels et 36 x 40 x 2 = 2880 pixels.

Soit pour la surface totale de la diapositive : 1920 x 2880 = 5,5 millions de pixels..

      Dans les capteurs actuels des appareils numériques, le nombre de sites actifs progresse régulièrement,mais il faudra attendre qu'ils atteignent des valeurs de cet ordre pour que leurs performances soient comparables à celles de l'argentique. Il faudra en plus que chaque pixel puisse être codé avec un nombre suffisant de bits pour que la dynamique des capteurs s'approche de celle de l'argentique. Il faudra aussi une parfaite maîtrise du bruit de fond en présence d'éclairages faibles.

      Un dernier point défavorable au numérique : à partir de l'activation de l'appareil, un certain temps s'écoule avant la prise de la première image. De même, un certain temps est nécessaire entre la prise d'une image et celle de la suivante. Ceci étant valable principalement pour les prises de vues à la définition maximale de l'appareil. Ce sont les temps de latence et de récupération. Les chiffres parfois publiés de "vitesse en rafale" font illusion et sont trompeurs, car relatif à des images à faible définitions, fortement compressées.

      Il faudrait aussi, bien sûr, les moyens de stockages à bord aient suffisamment crû en capacité, en rapidité, et soient parfaitement amovibles, afin de réellement concurencer une humble bobine de film 35 mm !

      La lumination du film ou du capteur est fonction de la combinaison de ces données. Elle s'exprime en Lux x secondes et rentre dans le calcul de l' indice de lumination IL (ou EV = exposure value). La formule complète est de la forme :

IL = (log Lux + log ISO - k) / log 2.

k, coefficient standard d'atténuation et d'adaptation de formules = 2,44

Quelle est la lumination requise par un film noir et blanc 100 ISO ?

La norme NF S 22023 définit pour un sujet gris moyen, de 18 % de coefficient de réflexion, une valeur de lumination H, fonction de la sensibilité film en ASA, égale à :

H = 8 / ASA, d'où H = 8 / 100 = 0,08 Lux.Seconde

Soit encore un éclairement de 8 Lux, pendant une durée de 1/100e de seconde.

     Dans tous les colloques et congrés, lors de présentations illustrées de diapositives, on assiste au même phénomène : les images présentées sont parfaites tant qu'il s'agit de paysages ou de monuments. Mais dès qu'il s'agit de reproductions d'images au trait, de cartes et de plans, les diapositives deviennent grisâtres, sombres, en un mot fortement sous-exposées. Leurs auteurs déplorent souvent la difficulté qu'il y a à reproduire des cartes anciennes.

Qu'en est-il réellement et la technique corobore-t-elle cette opinion ?

      La norme NF S 22023 définit pour un sujet gris moyen, de 18 % de coefficient de réflexion, une valeur de lumination H, fonction de la sensibilité film en ASA, égale à ...etc Nous avons souligné le gris moyen, car c'est là que gît la clé du problème !

1° En effet, tous les appareils de photographie et toutes les cellules photoélectriques indépendantes mesurent la lumière réflêchie par le sujet, en considérant que c'est un paysage moyen, renvoyant 18 % de la lumière incidente. Et c'est cette valeur qu'il faudra traduire par un noircissement de 18 % pour obtenir le fameux gris moyen (vendu par Kodak sous forme de carte cartonnée d'étalonnage). L'automatisme des appareils va donc ajuster la lumination du film pour que le nombre de lux reçus, multipliés par la durée de l'exposition provoque ce noircissement gris moyen.

2° Pour un sujet en traits noirs sur fond blanc, le taux de réflexion est beaucoup plus élevé. Il est dans le rapport des surfaces noires/blanches, soit environ 5% de noir pour une page de texte ou un plan. Et par conséquent, un taux de réflexion de l'ordre de 95 %.

3° C'est cette quantité que l'automatisme va ramener à 18% (par définittion), en sous-exposant d'une certaine quantité. Quelle sera cette quantité ? Tout simplement le rapport de ces deux valeurs R = 95/18 = 5,3 environ. Soit en diaphrame : D = (5,3)½ = 2,3 diaphragmes .

4° Conclusions pratiques : pour réussir parfaitement des photographies de cartes, plans et textes sur fond blanc, il suffira :

a- après mesure de la lumination automatique par l'appareil (couple vitesse-diaphragme), de passer en "manuel" et d'ouvrir le diaphragme d'au moins deux divisions.

b- autre possibilité, rester en automatique, mais dérégler la valeur de la sensibilité film de deux valeurs plus faibles. Exemple, on passera de 400 ISO à 100 ISO. Toutefois cette opération est plus dangereuse car si après la séquence de photos des plans on oublie de revenir au réglage normal, les photos suivantes seront surexposées de 2 diaphragmes...

c- On peut aussi utiliser une cellule photoélectrique à main, réglée en "lumière incidente", en la plaçant sur le plan en direction de la source de lumière.

d- Si votre cellule ne permet pas ce type de mesure, déréglez la sensibilité film affichée de deux valeurs plus faibles et visez normalement le plan.

e- Avec votre appareil normalement réglé, placez une carte de gris moyen sur votre sujet, visez-là plein cadre et mémorisez la lumination. Enlevez-là, recadrez le sujet et déclenchez.. Je pense que vous avez un choix suffisant de solutions...

5° On notera que ce problème affecte aussi bien les émulsions couleur que noir et blanc, négatives ou positives. Dans la pratique on rencontrera toutes les valeurs possibles de coefficients de réflexion. En particulier, certaines cartes très chargées et colorées de Claude Masse ne nécessiteront aucune corrections. Une bonne intelligence du phénomène et quelques essais méthodiques permettront une maîtrise parfaite de ce type de sujet. Bien entendu les explications de ce paragraphe s'appliquent également au cas du texte blanc sur fond noir, mais les conclusions doivent être inversées, car là, recevant moins de lumière, les automatismes surexposent d'environ deux diaphragmes.

Mesure d'un éclairement