INTRODUCTION

Notre sujet de TPE est basé sur la vision de l'oeil humain, ce qu'en d'autres termes, l'on voit, sur la façon dont nous pouvons capturer cette vision par d'autres intermédiaire que l'oeil, et enfin sur la retransmission de cette vision sur différents supports.

Ce TPE résulte d'une passion commune pour la photographie, qui nous a mené, en parallèle avec la vision de l'oeil étudiée en Physique Chimie et les pistes de recherches données par nos professeurs référents, à arriver à notre problématique : Comment peut-on percevoir et retranscrire ce que l'on voit?

Ainsi notre TPE va se diviser en plusieurs parties ayant pour but d'annoncer le sujet, de poser les bases de ce dernier en donnant plusieurs connaissances importantes pour ensuite élaborer un réponse satisfaisante à notre problématique.

PERCEPTION ET RETRANSCRIPTION DE CE QUI NOUS ENTOURE.

L'être humain peut percevoir ce qui l'entoure grâce à son œil :

tpe2013stenay.wordpress.com

Les êtres vivants peuvent voir et percevoir ce qui les entoure. L’œil est le seul organe qui permet à l'Homme de voir; il peut percevoir les couleurs grâce aux cellules photo-réceptrices, appelées bâtonnets et cônes. Les bâtonnets sont sensibles à l'intensité lumineuse et les cônes sont sensibles aux lumières colorées. Il existe trois types de cônes, chacun étant principalement sensible à une lumière colorée, rouge, vert et bleu; les couleurs primaires de la synthèse additive.

www.larousse.fr

La trichromie est un procédé qui permet de reproduire un très grand nombre de couleurs (environ 16 millions) grâce à la combinaison de ces trois couleurs primaires. Il existe deux sortes de synthèses, additive et soustractive. L'être humain, lui utilise la synthèse additive, à base des trois couleurs primaires (rouge, vert et bleu), qui consiste à combiner les lumières de plusieurs sources colorées pour obtenir une lumière colorée quelconque.

Afin de voir nettement, il faut que l'image se forme à l'envers sur la rétine; pour cela le cristallin doit modifier son angle de courbure grâce à l'action des muscles, il sera plus bombé si l'objet regardé est proche. La pupille, également grâce à l'action des muscles, modifie son diamètre et régule donc la quantité de lumière qui entre dans l’œil.

L'appareil photo reprend les principes de l’œil pour retranscrire ce que l'on voit :

commons.wikimedia.org

En effet, l'appareil photo contient de nombreux points communs avec l'oeil :

• Pour qu'une image soit nette, l'appareil photo fait une mise au point, ce qui peut correspondre à l’accommodation pour l’œil. Cette mise au point est possible grâce aux différentes lentilles contenues dans l'appareil (=cristallin) et à la modification de la distance lentilles/pellicule; cette distance est appelée distance focale.

• Pour percevoir l'image, elle doit se former sur le capteur de l'appareil photo afin qu'elle soit retranscrite sur l'écran (= rétine)

• Le diaphragme (=iris) est un dispositif mécanique mince et opaque comportant une ouverture centrale généralement réglable. Il détermine le diamètre d'ouverture de l'objectif et se resserre plus ou moins pour régler la luminosité, en limitant le nombre de rayons du faisceau lumineux qui arrivent sur le capteur.

Avec à ce dispositif, on peut régler l'ouverture de l'objectif, qui est le rapport entre la distance focale de cet objectif et le diamètre de sa pupille d'entrée. On la note N=f/D et elle est notée sans unité.

portraits-photos.com

Après avoir effectuer des calculs, nous avons observé que pour passer d'un indice à un autre, il fallait multiplier par √2; c'est donc une suite géométrique de raison racine de 2.

Calculs : 1x√2=1.4 ; 1.4x√2=2 ; 2x√2=2.8 ; 2.8x√2=4 ; 4x√2=5.6 ; 5.6x√2= 8 etc.

Le diaphragme est un élément essentiel dans la maîtrise de la prise de vue. Son réglage agit directement sur la profondeur de champ. À focale et distance de mise au point identiques, la fermeture du diaphragme augmente la profondeur de champ et contribue à la netteté de la photographie :  

 f 3.5

 f 4.5

 f 5.6

 f 7.1

 f 11

 f 16

f 22

Voici la courbe représentant l'évolution de la profondeur de champs en fonction de l'ouverture du diaphragme:

http://fr.wikipedia.org/

À défaut d'avoir trouvé les valeurs précises de profondeur de champs correspondants aux différentes ouvertures, nous n'avons pas pu tracé la courbe nous même. Nous avons donc utilisé ce graphique trouvé sur Wikipédia, car il nous paraissait pertinent.

CODAGE NUMERIQUE ET IMAGE

Les différents systèmes de codage numérique :

Afin de coder un ensemble d'informations numériques, comme une photo, deux systèmes de numérotation peuvent être utilisés.

Le système binaire :

Le système binaire, est codé en bit, c'est l'unité la plus simple dans ce système de numérotation où chaque information est codée avec deux valeurs possible, 0 et 1. Cela permet, de façon très simple, d'obtenir n'importe quelle information.

Voici l'exemple de la numérotation de 0 à 9 :

                               

Le système héxadécimal :

Ce système peut être mis en parallèle avec un autre, le système hexadécimal, qui est un système créé à l’origine, pour prendre le relais sur le système binaire dans les cas d’utilisation de nombres de plus en plus longs. c'est un système à base 16, on utilise donc les chiffres 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 et les lettres A, B, C , D, E , F pour éviter toute confusion.

via paint

Nous avons donc récapituler ces deux systèmes ainsi que le système décimal que nous utilisons couramment.

Comparaison entre les différents systèmes :

Base décimale	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Base hexadécimale	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F
Base binaire	0000	0001	0010	0011	0100	0101	0110	0111	1000	1001	1010	1011	1100	1101	1110	1111

Les propriétés d'une image :

Qualité, résolution et taille :

La qualité d'un image dépend de sa résolution, qui elle-même dépend du nombre de pixels composant l'image. 

évolution de la résolution en fonction du nombre de pixels constituant l'image
montage à partir de la photo de Steve McCurry

Lorsqu'une image comporte un grand nombre de pixels, ces derniers ne seront pas visibles si on zoom au même endroit qu'une image identique comportant moins de pixels.

Chaque pixel d'une photo est divisé en trois sous pixels qui correspond à un octet ; chaque pixel équivaut dont à 3 octets. → ce système est utilisé pour le codage RVB classique en 24 bits.

www.web-sciences.com

La taille d'une image est donc exprimée en octet, ce qui correspond à la place occupée par le codage de l'image. Elle est égale au produit de sa définition par le nombre d'octet par pixels.

Le système RVB : 

Chaque couleur d'un sous-pixel est repérée par une série de nombres, ainsi chaque pixel d'une image numérique est codée. L'image numérique classique est donc codée sur 256 valeurs, entre 0 et 255 sur chaque plan rouge, vert et bleu, ce qui permet d'avoir environ plus de 16 millions de couleurs possibles en faisant varier chaque niveau de couleur entre 0 et 255.

www.editions-petiteelisabeth.fr

Ainsi dans une image nous avons pu chercher, grâce à une fonctionnalité du logiciel Paint, le codage RVB d'un pixel d'une image prise par nous même :

Flou et netteté : 

Sur une image, nous avons voulu étudier et comprendre un dernier paramètre, le flou et la netteté. En effet, sur une photo, en réglant la mise point, on peut avoir du flou et du net. On a donc pris deux photos au même endroit et on a comparé les tailles d'éléments faciles à distinguer.

photo nette

photo floue

Ensuite, nous avons comparé l'étendue des pixels, ainsi que leur taille, pour en déduire que lorsqu'une photo est floue, nous avons un très grand dégradé de couleurs pour arriver à une sorte "de fondu" de couleurs alors que sur la photo nette, nous n'avons aucun dégradé, mais plutôt une délimitation exacte avec des teintes de couleurs très contrastées.

nuances de gris

 photo floue / mise au point volontairement ratée

photo nette / mise au point réussie

PRINCIPES DE L'HDR, VERS UNE RETRANSCRIPTION PARFAITE DE LA RÉALITÉ ?

Après avoir étudié la composition d'une image, c'est le photographe David Keochkerian qui nous a poussé à aborder le thème de l'HDR.

La HDR est un principe qui permet de représenter de façon des plus réaliste, ce que voit l'oeil humain.

L'HDR, c'est quoi? 

L'HDR (High Dynamic Range: soit imagerie à grande gamme dynamique) est un ensemble de techniques qui permet une grande plage dynamique dans une image, en combinant plusieurs photos; la plage dynamique étant caractérisée par l'écart entre les lumières les plus fortes et les ombres les plus sombres. L'oeil humain lui possède une très grande plage dynamique, qui couvre les longueurs d'ondes allant de 380 à 780 nm. Quand nous regardons un paysage nous sommes capables de différencier les lumières les plus fortes et les ombres les plus sombres, mais cela est très difficile pour l'appareil photo.

L'ensemble des techniques HDR permettent de représenter ou de mémoriser de nombreux niveaux d'intensité lumineuse dans une image. Cette technique s'effectue en permettant d'attribuer plus de valeurs à un même pixel. On obtient une image beaucoup plus lumineuse car elle n'est plus codée sur un système en 24 bits mais 32 bits. C'est cela qui permet une plus grande plage dynamique dans l'image.

Il existe deux types de photos HDR, le premier constitue à rendre une image la plus réelle possible, et le second, de la rendre irréelle, proche d'un dessin.

posepartage.fr traitement réaliste

posepartage.fr traitement surréaliste (proche du dessin)

Comment ça marche? 

Pour créer à partir de plusieurs photos, une photo dite HDR, on a regroupé dans un logiciel plusieurs photos dont on a fait varier les réglages. (voir sur le site les différents réglages pour chaque photo). 

Pour cela, nous nous sommes rendus dans une église car il nous semblait judicieux d'utiliser cet endroit, composé de plusieurs contrastes, que se soit au niveau des couleurs et au niveau de la luminosité. Nous avons pris de nombreuses photos avec des mises au point, des ouvertures, et des vitesses différentes ainsi qu'à des endroits différents à l'aide d'un trépied pour ne pas avoir de marges de différences entre photos. Ensuite nous avons sélectionné quelques photos qui pourrait nous servir à faire "notre photo HDR".

Nous avons pris d'abord une photo en mode automatique pour pouvoir nous rendre compte de la différence avec la photo HDR:

photo prise en mode automatique

Nous nous sommes très vite rendu compte des défauts de cette photo. En effet, nous n'avons que le banc de net et le reste est assez flou. De plus, les vitraux sont "cramés" et donc il est impossible de voir les couleurs et motifs de ces derniers.

Nous avons donc décidé de prendre au même endroit, une série de photos avec des réglages différents et avec trois mises au points différentes à chaque fois, sur le banc, sur les vitraux et au niveau des colonnes sur les côtés, afin d'avoir les trois plans bien nets.

mise au point sur le banc au premier plan à droite

mise au point sur les vitraux du fond au dernier plan 

mise au point sur les colonnes et les bancs à gauche, au second plan

Après avoir combiné ces trois photos à l'aide du logiciel Photomatix, nous avons obtenu une seule photo avec une luminosité et une netteté excellente sur tous les plans.

Nous avons tester un second logiciel, easyHDR, pour obtenir une seconde photo HDR.