La photographie

Historique de la photographie numérique  

Un Mavica FD5 de 1998

• En 1981, Sony lance le Mavica (Magnetic Video Camera). Il est doté d'un capteur CCD de 279 300 pixels (l'Amstrad D950 qui arrive en même temps sur le marché en possède dix fois moins) et stocke les photos numériquement sur une mini-disquette d'une capacité de cinquante 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 1989, Canon a inventé son premier appareil numérique le Canon RC-760 avec une disquette de 2 pouces (Video Floppy Disk), les photos sont en noir et blanc.
• 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 1991, Kodak sort à l'intention des professionnels un dos numérique de 1,3 mégapixels (le DCS 100) pour le Nikon F3, un appareil photo reflex classique (argentique). C'est la première fois qu'on peut utiliser un reflex pour produire des images numériques ;
• En 1994, apparaît chez Apple 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, Nikon lance le Nikon D1, premier appareil reflex numérique conçu entièrement par un grand fabricant. Il est équipé d'un capteur de 2,74 mégapixels. Les capteurs de plus d'un mégapixel se généralisent ;
• En 2000, Canon lance son premier reflex entièrement conçu par eux-mêmes, le D30 de 3 mégapixels. Jusqu'alors, Canon était associé à la firme américaine Kodak pour produire conjointement des boîtiers avec capteur Kodak ;
• En 2002, Canon lance son premier appareil reflex numérique 35 mm (36 x 24 mm), le EOS 1Ds. Deux capteurs APS-C CMOS apposés côte à côte permettent d'obtenir un capteur 36 x 24 mm de 11 mégapixels ;
• En 2002, il se vend en France deux fois plus d'appareils photo numériques que l'année précédente. 70 % du chiffre d'affaires de ventes d'appareils photographiques proviennent du numérique  ;
• En 2003, Canon sort le premier reflex numérique à destination du grand public : l'EOS 300D en Europe et Digital Rebel en Amérique du Nord ;
• En 2004, Canon lance le 1Ds Mark II de 16 mégapixels. Le deuxième appareil avec capteur CMOS 36 x 24 mm ;
• En 2004, des capteurs numériques équipent un bon nombre de téléphones cellulaires, le plus souvent avec une définition de 640 x 480 pixels(0.3MP) (VGA), parfois avec un capteur de 1,3 million de pixels ou plus ;
• En 2005, Canon sort le premier reflex numérique 24 × 36 à moins de 3000 euros : le EOS 5D, référence pour les photo-journaliste jusqu'à l'arrivée des D300/D700 chez Nikon et du 5D Mark2 sortis tous trois en 2008 ;
• En 2006, le géant américain Kodak ainsi que l'ensemble de ses concurrents (Fuji, Agfa, Konica Minolta…) connaissent des baisses de chiffres d'affaire records dues à la non rentabilité des appareils et accessoires argentiques ;
• En 2007, Kodak crée un nouveau type de capteur  qui, au lieu de tester en chaque point la luminosité de trois couleurs, sépare les informations de luminance et de chrominance, et utilise donc quatre capteurs. Le bénéfice attendu en est une plus grande stabilité de luminance ;
• En 2008, certains téléphones cellulaires disposent d'un APN de 8,1 mégapixels, flash au xénon ou à DEL ;
• En 2008, Panasonic présente ses G1 et GH1, à objectifs interchangeables et dotés d'un capteur CMOS 4/3 de 12,1 mégapixels ;
• En 2009, la diversification des appareils photos numériques se poursuit avec la sortie de l'Olympus Pen E-P1 à objectifs interchangeables et doté d'un capteur CMOS 17,3 x 13 mm de 12,3 mégapixels.

Prise de vue numérique  

Les systèmes optiques (objectif, viseur optique, chambre reflex), de ces appareils sont voisins des solutions argentiques. L'obturateur mécanique n'est nécessaire que dans les appareils reflex ; dans les autres appareils numériques, il est le plus souvent remplacé par un « obturateur électronique » intégré au capteur. Ce composant électronique, sensible à la lumière, prend la place du film et traduit les informations lumineuses en signaux électriques. Le signal électrique de l'image est traduit en une matrice de valeurs de luminance lors de la quantification, 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 augmenter 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. Dans ce cas, les pixels supplémentaires sont interpolés,c'est-à-dire calculé par des fonctions mathématiques, 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.

Cette fonction permet des prises de vues commandées depuis un ordinateur pour des applications variées : image par image pour animation en volume, fonction webcam, etc. C'est une des possibilités qui existe souvent mais qui figure rarement sur les publicités ou même les spécifications des fabricants. De plus, même si cela est possible, le logiciel n'est pas toujours fourni avec l'appareil. Au sein d'une même marque tous les appareils ne sont pas commandables à distance  .

Ces informations résultantes sont groupées dans un fichier informatique. On rencontre trois 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 TIFF sont des fichiers non-compressés ou compressés sans pertes, c'est-à-dire que leur compression est moins efficace que celle des fichiers JPEG. Il s'agit d'une compression non destructive, car les informations ne sont pas perdues.
• Les fichiers RAW sont des fichiers compressés « 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 décompressés. Il s'agit d'une compression non destructive, car les informations ne sont pas perdues.

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 définition 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 Wi-Fi).

Le transfert peut être fait vers :

• Un ordinateur personnel, permettant de visualiser, trier et de traiter les images ;
• Un disque dur externe et ou portatif;
• 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 multimédias portatif (téléphone cellulaire, lecteurs de fichiers .mp3, lecteurs de fichiers portables, console de jeux portatives…)

Les appareils photo numériques embarqués sur les téléphones cellulaires permettent des usages orientés vers la communication. Les images peuvent ainsi être transférées vers les équipements précédents mais aussi directement vers :

• un site de partage de photographies ou un blog
• le mobile d'un correspondant par MMS

Appareil numérique compact.

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 d'appareils photo numériques, de type compact, bridge ou reflex, proposent des définitions suffisantes (généralement de 5 à 14 millions de pixels) 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.

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.

Appareil photographique reflex numérique

Le marché actuel des appareils photos numériques est segmenté en cinq catégories principales :

• Le reflex numérique (DSLR pour Digital Single Lens Reflex en anglais ou « reflex numériques mono objectif » par opposition aux appareils reflex bi-objectifs, de type Rolleiflex), qui comporte à la fois des appareils professionnels qui sont généralement équipés d'un capteur CMOS de la même taille qu'un capteur 24 x 36 (full frame en anglais), et des appareils plus « grand public » équipés de capteur un peu plus petits que le 24 x 36. La réduction de la taille du capteur engendre un cadrage différent de l'image, analogue au changement d'oculaire d'un télescope. Il en résulte un coefficient de multiplication (crop factor en anglais) à appliquer sur les focales des objectifs pour avoir un cadrage équivalent au 24 x 36. Ce facteur est généralement compris entre 1x (35 mm) et 2x chez Olympus. Il est de 1,6x chez Canon et de 1,5x chez Nikon.
• Depuis 2008, d'autres types d'appareils numériques ont vu le jour, comme les Panasonic G1 et Olympus Pen E-P1. Ces appareils hybrides se rapprochent des reflex par la taille de leur capteur ainsi que par la possibilité de changer d'objectif.
• Le bridge, ainsi nommé parce qu'il fait le « pont », en termes de marketing, entre les deux classes précédentes, est un appareil dont l'apparence est proche des reflex, mais qui n'a généralement pas d'optique interchangeable ni de visée reflex par le truchement d'un miroir et d'un prisme. La visée pseudo-reflex des bridges est visible dans un viseur électronique à la façon d'une caméra vidéo. Ils intègrent des capteurs de petites tailles, au même titre que les appareils compacts.
• Le compact, appareil grand public, dont le principal intérêt est le faible encombrement et sa facilité d'usage.
• Un marché en plein essor, les appareils photos numériques des téléphones portables.

Dans les quatre derniers segments, la vision directe de l'image à photographier sur un écran ACL arrière permet de s'affranchir du problème du viseur parallèle. Cette caractéristique commence à figurer dans toutes les gammes de reflex.

La taille des capteurs de ces appareils numériques n'augmente pas, c'est leur définition en nombres de pixels, et donc la précision de l'image, qui augmente : 1 million de pixels en 2000, 14 millions de pixels en 2008. Sur le plan marketing, la définition est un argument de vente très utilisé, à tort, car un nombre trop important de pixels sur un petit capteur n'entraîne pas une amélioration de la qualité d'image. Au contraire, l'augmentation du nombre de pixels favorise l'apparition de « bruit numérique », notamment dans les zones sombres, même dans les sensibilités les plus basses.

Retouche photographique 

Un intérêt essentiel de la photographie numérique réside dans l'existence de logiciels de retouche tels que GIMP ou Adobe Photoshop qui permettent d'améliorer une photographie jugée imparfaite beaucoup plus facilement qu'à l'agrandisseur. La retouche numérique autorise autant d'essais qu'on le désire sans dépenses en papier photographique.

De tels logiciels donnent accès à des fonctions de plus en plus nombreuses et sophistiquées que l'on peut regrouper approximativement en :

• transformations géométriques ;
• modifications des couleurs et des valeurs ;
• gestion des calques ;
• travail sur des sélections partielles de l'image ;
• filtres destinés à produire des effets variés.

Les filtres les plus utilisés sont souvent des traductions numériques de techniques inventées pour la photographie argentique. Parmi ceux-ci, l'un des plus célèbres est le masque flou qui permet d'améliorer la netteté apparente d'une photographie.

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 batteries 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 750 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. Ce problème n'existe pas sur les réflexes numériques et il est produit par le temps de mise au point sur les petits appareils.
• En voyage, il faut pouvoir recharger fréquemment les batteries et prévoir une capacité de stockage importante pour les images. 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 aussi 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. Le nouveau D300 dispose d'un système de nettoyage actif et le D3 d'un système passif.
  • Canon propose dans le menu un nettoyage de capteur qui met celui-ci à nu pour un nettoyage par air. Certain appareils (comme le EOS 400D, 500D, 5D Mark II, 40D, 50D et EOS 1D Mark III) offrent un capteur auto-nettoyant.
  • 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) et de ne changer l'objectif que dans une atmosphère raisonnablement propre.
  • La vulnérabilité des capteurs, notamment les CCD, 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.
• La plupart des appareils à visée reflex sont équipés d'un capteur dont la taille est inférieure au traditionnel format 24 × 36 mm des pellicules utilisées en photographie argentique. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser des objectifs d'une focale inférieure si l'on souhaite obtenir un cadrage équivalent au 24 × 36. L'« allongement relatif » de la focale est ainsi problématique lorsque l'on utilise des objectifs grand-angle conçus pour le 24 x 36 : le cadrage obtenu correspond à celui d'un objectif de focale supérieure en 24 x 36. Cet « inconvénient », résolu avec les capteurs « 35 mm » 24 x 36 tels le format Nikon FX, peut être un avantage lors de l'utilisation d'un téléobjectif : le cadrage obtenu sera en effet équivalent à celui d'un objectif d'une focale supérieure en 24 x 36. Inversement, les objectifs conçus pour des capteurs de taille inférieure au 24 x 36 auront un champ image insuffisant pour un capteur 24 x 36, créant un vignettage des bords et angles ;
• L'immatérialité des images numériques pose le problème de leur pérennité : les photos numériques se conservent sur supports numériques, reconnus comme peu fiables sur le long terme. Toutefois, cette limitation est contrebalancée par la facilité à dupliquer les images sur différents supports de stockage.
• La faible dynamique des capteurs qui impose une exposition très précise: ce défaut rend difficile la réalisation de photographies présentant de violents contrastes.
• La conception particulière des émulsions argentiques disposées sur l'épaisseur du film permettait d'exploiter une certaine tolérance sur mise au point. Sur les systèmes numériques la MAP doit être faite de manière ultra-précise sur la surface du capteur, toute tolérance devenant interdite.

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 (éventuellement retravaillée 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 et celles à jet d'encre (voir le label de qualité digigraphie). Le prix d'achat de l'imprimante et la définition maximale des images qu'elle fournit constituent 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 Pictrographie 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 Rouge vert bleu (RVB), ne pouvant se limiter techniquement qu'au CMJN (voir aussi : gamut).

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 x 36 mm) les égratignures 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.