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Guide de l'appareil photo numérique

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Appareil Photo Numérique

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Un appareil photographique numérique (ou APN) est un appareil photographique qui utilise un capteur numérique pour fixer l'image (plutôt qu'un film argentique).

Un appareil photo numérique utilise un capteur CCD pour acquérir les images, et les enregistre habituellement sur des cartes-mémoire (Compact Flash, Smart Media, Memory Stick, Secure Digital, etc.)

Historique

Tout remonte à l'invention du capteur CCD en 1970. Dans les années 1970 apparaissent les premières caméras vidéos destinées aux particuliers. Le constructeur Sony décide en 1981 d'utiliser ses connaissances dans le domaine de la vidéo pour fabriquer un appareil photo magnétique : le Mavica pour magnetic video camera. Un disque magnétique permet le stockage de 50 images en couleurs d'une résolution de 490x570 points (280 000 pixels), au format NTSC. Un lecteur approprié permet d'afficher les photos sur un téléviseur. Pour ne pas être en reste, les autres constructeurs adoptent un support normalisé pour le stockage magnétique de photos : la disquette deux pouces (les ordinateurs de marque Amstrad utilisaient des disquettes 3 pouces ).

En 1989, Canon propose le Xapshot, destiné au grand public, qui dispose d'une résolution de 786x300 points. Il est suivi de modèles baptisés Ion. Ces premiers modèles ne sont pas vraiment numérique car l'image, si elle est bien capturée par une matrice de points, est stockée de façon analogique sur des mémoires magnétiques.

En 1991, le département Kodak Digital Science de Kodak sort un dos numérique pour un appareil photo reflex classique, le Nikon F3. Ce produit est destiné aux professionnels, notamment en raison de son prix prohibitif. Fuji et Nikon sortent un peu plus tard les Fujix, avec des caractéristiques comparables.

En 1992, le fabricant de souris Logitech lance le Fotoman, petit appareil numérique à connecter sur micro-ordinateur. L'appareil a une résolution de 376x284 points, et stocke 36 photos en mémoire. C'est le premier photoscope entièrement numérique. L'année suivante, Apple Computer propose un appareil similaire, le Quicktake, qui prend des photos en 640x480 ou 320x240.

À partir de 1995-1996 apparaissent des appareils photos numériques tels que nous les connaissons à l'heure actuelle, équipés d'un écran LCD en couleurs à l'arrière. L'explosion du marché se produit vers 1997-1998 avec une rapide multiplication des modèles. La définition, d'abord inférieure au million de pixels, croît rapidement, jusqu'à dépasser les 12 millions en 2006.


Prise de vue numérique

Capture

Les systèmes optiques de ces appareils sont voisins des solutions antérieures. Le composant électronique sensible à la lumière, ou photoscope, est un CCD, CMOS ou un capteur FOVEON. Il traduit les informations lumineuses en signaux électriques. L'information contenue dans la matrice de points est numérisée et le tableau de niveaux dans chaque couleur fondamentale de l'image numérique stocké dans un dispositif de mémoire électronique (ou mémoire flash).

En fonction de l'appareil et des réglages, les points (pixels) de l'image peuvent être traités de manière plus ou moins complexe. Par exemple, leur nombre peut être réduit pour prendre moins de place ou augmenté par interpolation pour obtenir le zoom numérique.

À noter que dans ce cas, le résultat est nettement inférieur au vrai zoom optique (les points supplémentaires sont calculés et non mesurés réellement) et que son intérêt est réduit lorsque l'on dispose d'un ordinateur qui fera la même chose.

Fujifilm utilise dans ses SuperCCD des matrices de points placés en diagonale par rapport aux points finaux. Il y a donc une interpolation entre deux mesures contigus mais le point est toutefois réel contrairement à l'interpolation classique qui calcule un point moyen imaginaire entre deux points mesurés.

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 photo numérique applique ses paramètres et un algorithme de compression. Celui-ci est destructif, ce qui veut dire que des informations sont perdues. Mais le phénomène reste indécelable pour l'œil humain, pour des faibles taux de compression.

- Les fichiers RAW sont des fichiers « propriétaires » (dont la définition n'est pas publiée) et propres à chaque fabricant. Ils sont le reflet de la lecture des données brutes du capteur. Ils sont beaucoup plus gros que les fichiers JPEG, car non compressés, donc non destructifs. Ils permettent des retouches impossibles autrement (par exemple, la correction de la balance des blancs). Ils nécessitent un logiciel spécialisé pour être exploités. Enfin, en plus de l'image proprement dit, 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. En revanche, une fois l'image retouchée, cette en-tête peut disparaître si le format n'est pas supporté par le logiciel.

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 (2002) d'appareils photo numériques, de types compact ou réflex, proposent des résolutions suffisantes (3, 4, 5 millions de pixels ou plus) pour réaliser des sorties papier de format A3, voire supérieur, ce qui autorise l'usage d'un boîtier numérique pour la presse. Les photojournalistes utilisent donc volontiers des appareils photo numériques pour transmettre électroniquement les photos à leur rédaction depuis le lieu de l'événement.

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'ou leur nom de dos numérique). Ils sont utilisés dans la mode, sur des moyens formats (voir le choix de la pellicule en argentique) 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 même 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. Par exemple, le Canon 10D se voit doté d'un coefficient multiplicateur de 1,6 et ainsi un objectif de 24 mm utilisé sur cet appareil numérique deviendra un 38,4 mm en équivalent à film 35 mm. 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 traditionnel mais la longueur focale réelle est différente. La valeur nominale n'intéresse que les opticiens. Les indications « x2 », « x6 », etc. restent toutefois moins parlantes.


Inconvénients actuels

Les appareils sont encore extrêmement gourmands en énergie (surtout l'utilisation du dos 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 souflet produit par la bague de zoomage aspire les particules à l'intérieur, qui viennent alors se déposer sur le capteur. Ces poussières sont visibles sur la photos lorsque la profondeur de champ est importante mais elles restent généralement invisibles; avec une focale de 50 mm (équivalent 24x36), un diaphragme inférieur à f/11 et une mise au point supérieure à 1m il n'y a aucune marque sur la photo même avec un capteur sale.

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 jusqu'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 marques suggèrent de toujours 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 difficille à maîtriser, est aussi la plus sujette à adhérence par effet de tension de surface.


Conseils aux 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 qui suivent pourraient leur être de quelque utilité.

Correction d'exposition

Cette expression est parfois remplacée par compensation d'exposition ou, pire, 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 mais 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 24x36, 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. A 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.


Impression d'une photographie numérique

L'image numérique devient une photographie au sens habituel 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.


Les principales marques d'appareils photo numériques

Canon, Fuji, Hewlett-Packard, Kodak, Konica, Minolta, Leaf, Nikon, Olympus, Pentax, Sigma, Sony, Panasonic

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