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Le traitement numérique d'images au secours du sténopé

Auteur: Emmanuel Bigler  Date:   24-11-2003 12:21 Dans le dernier numéro de la revue 'View Camera', un très intéressant article montrant comment améliorer la netteté d'une vue prise au sténopé par un traitement "intelligent" qui tient compte de la forme mathématique de la tache-image d'un point. L'exemple illustre de ce genre de traitements, cité dans l'article, est la restauration des premières images du télescope spatial Hubble dont le miroir était parfait, mais parfaitement faux ;-);-) si parfaitement que le défaut était représentable mathématiquement avec une très grande précision. Le point fort du sténopé dans sa tache image floue est qu'elle dépend très peu de la position du point-objet ; du coup on peut proposer une méthode de restauration à tache de flou constante, ce qui est beaucoup plus facile et qui n'est pas possible dans un défaut de mise au point classique (avec un objectif) où le diamètre du cercle de confusion dépend très fortement de la position du point-objet rendu défocalisé. Bon, il ya du chemin à parcourir, dison un facteur 50 sur le diamètre de tache à corriger, des obstacles théoriques (bruit, zéros de la FTM-sténopé impossibles à corriger) mais... Les perspectives me semblent passionnantes du moins pour des sténopistes qui intègrent la numérisation et la retouche d'images dans leur approche artistique, ce qui peut se discuter. Mais vu les progrès des ordinateurs, je prédis que nous n'avons pas fini de parler sur galerie-photo de ce que l'image sténopé corrigée numériquement est capable de donner... plus précisément, les imprudents qui se hasarderaient à penser que "jamais le sténopé ne rattrappera l'image optique" risqueraient de se trouver dans la situation de ceux qui pensaient il y a encore 10 ans "jamais l'image obtenue par détection silicium directe ne surclassera l'image photochimique" ;-);-)

Re: Le traitement numérique d'images au secours du sténopé

Auteur: Joel Pinson  Date:   24-11-2003 12:40 J'avais lu ça Emmanuel, mais je dois avouer que corriger numériquement des images faites au sténopé me laisse trés perplexe... de mon point de vue, le charme du sténopé réside justement dans ce que l'image est plus suggérée que définie, et je me demande si en la corrigeant numériquement on n'en fait pas plutôt une mauvaise image puisque la comparaison avec une image "optique" devient alors plus criante !? enfin, il faudrait sans doute voir une image de prés pour mieux juger du résultat, mais je demande à voir.

Re: Le traitement numérique d'images au secours du sténopé

Auteur: Henri Gaud  Date:   24-11-2003 12:47 Emmanuel, Merci de l'info, mais je trompe peut-être mais la correction ne pourra jamais créer l'info qui n'est pas sur l'Ekta, l'optique à encore de beaux jours devant-elle (l'optique à lentille). Pour le charme du sténopé c'est justement son côté un peu fruste qui est intéressant, alors pourquoi coupler un calculateur scientifique ? HG

Re: Le traitement numérique d'images au secours du sténopé

Auteur: Emmanuel Bigler  Date:   24-11-2003 12:55 Il y a d'autres avantages du sténopé : l'absence de distorsion jusqu'à 120-130 degrés (limite mécanique des bords du trou), et homogénéisation du flou sur tous les plans-objet ce qui esthétiquement est très différent du rendu classique de PdC optique standard. Ajoutons que la correction numérique de l'assombrissement inévitable de l'image dans les coins aux très grands angles, en comparaison de la "déconvolution" anti-flou, apparaît comme un jeu d'enfant applicable d'ailleurs aux optiques classiques (c'est intégré, dit-on, dans certains appareils numériques !!) Je signale également (vu dans la presse française il y a quelques mois) que des logiciels professionnels de correction numérique des tirages d'amateur (flous divers, aberrations diveres des optiques de bas de gamme) sont proposés pour les chaînes de façonnage ou les mini-labs. C'est juste pour dire que techniquement il n'y a aucun domaine 'tabou' pour le traitement numérique des images. Le silicium veut tout bouffer, il faut en être persuadé, il en a les moyens en hommes, en capitaux et en soutien technologique au sens large (en incluant le génie logiciel). Esthétiquement, couplé ou non avec une démarche de passionné du travail manuel, que le post-traitemant numérique soit acceptable ou pas, c'est un autre débat...

Re: Le traitement numérique d'images au secours du sténopé

Auteur: Emmanuel Bigler  Date:   24-11-2003 13:04 Pour Henri G. : il y a possibilité de restauration partielle de certains types de flou. Voir Hubble. Effectivement ce qui est perdu est perdu, mais on peut améliorer. En termes d'infos perdues, seules les fréquences spatiales autour des zéros de la FTM sont perdues. Plus ce qui est a départ noyé dans le bruit. Sinon on peut remonter le contraste en corrigeant la FTM. C'est l'idée de base, du moins dans le cas de la tache de flou ivariante dans le format. L'idée date d'au moins trente ans, depuis on a su développer toutes sortes d'algorithmes pour faire les choses au mieux, l'autre idée étant que ce qui n'est accessible qu'à la NASA l'année N arrive sous forme de greffon dans ton logiciel favori l'année N+5 ou même plus vite. Avec un facteur 2 tous les trois ans pour la mémoire vive et la vitesse CPU de tes processeurs De même qu'il ne faut pas se priver des optiques modernes, pourquoi ceux qui refusent l'optique par choix personnel ;-);-) devraient-ils se priver de la restauration d'images extra-super-top ?

Re: Le traitement numérique d'images au secours du sténopé

Auteur: Yves  Date:   24-11-2003 14:24 Je n'ai pas lu l'article, mais je suis un peu dubitatif sur l'intérêt d'appliquer un traitement numérique pour corriger le flou d'un sténopé. D'abord pour ce qui a été évoqué par Joel. Ensuite parce que la diffraction a une part très importante dans les sténopés habituels, très peu ouverts il me semble. Le gain à attendre d'un tel traitement est donc limité car la FTM de la diffraction tombe à zéro à sa fréquence de coupure... et y reste! (je ne t'apprends rien Emmanuel, évidemment) On ne peut donc améliorer que les fréquences spatiales inférieures à cette fréquence de coupure, ce qui doit être assez limité je pense. Il y a bien des approches de type "superrésolution" qui étendent l'amélioration un peu au-delà en utilisant certaines propriétés mathématiques des images, mais c'est compliqué et pas miraculeux. Il y a quelque temps j'avais fait des essais d'amélioration d'images comportant des aberrations optiques (au sens large) en leur appliquant une "déconvolution", c'est à dire l'opération inverse du défaut qui les a dégradées. Ce sont des essais rapides et, bien sûr, très très loin de l'"état de l'art" dans le domaine. Ils sont ici : http://www.photo.net/photodb/folder?folder_id=292405 . La première image est un texte photographé avec un défaut de mise au point; il est illisible. Après déconvolution il devient lisible, malgré l'augmentation du bruit. L'exemple du dessous est un flou latéral de 5 pixels introduit dans un logiciel de traitement d'images. Après correction on récupère une image très correcte (mais il s'agit d'un flou simulé, il faudrait refaire l'essai sur un exemple réel). Sur un principe voisin, des chercheurs américains ont eu l'idée d'ajouter une lame de phase spécialement calculée dans un système optique classique. Elle introduit des aberrations qui, après correction numérique, permettent de gagner en profondeur de champ (tout en gardant la luminosité d'une grande ouverture) : http://www.cdm-optics.com/site/gallery_page.php?section=microscopy&xmlfile=microscopy03.xml. Intéressant pour certaines applications. (remarque : dans ces systèmes on utilise des ouvertures bien supérieures à celle d'un sténopé)

Re: Le traitement numérique d'images au secours du sténopé

Auteur: Emmanuel Bigler  Date:   24-11-2003 18:48 Merci, Yves C. d'être sorti de ta retraite studieuse pour cette réponse éclairée. J'ai essayé par tous les moyens de faire peur à Henri Gaud, mais je n'y suis pas arrivé ;-);-) Les sténopés ont calibrés selon la règle a_opt ~ lambda * d /a_opt où "a" est le diamètre du trou et "d" la distance d'observation. C'est à dire dans un régime où la FTM de la diffraction à l'infini n'est pas du tout celle du processus de formation de la pseudo-image. Peu importe, on pourrait arguer que le diamètre de tache optimum étant plus gros que le lambda*d/a de la diffraction à l'infini, il y a peu de chances que l'image soit meilleure et qu'on puisse restaurer au-delà d'une période de coupure voisine de "a". Stroebel donne une formule empirique pour a_opt qui est a_opt(en mm) = (1/28) . (d(en mm))^(1/2) la formule colle assez bien avec les expériences, ce qui nous donne les valeurs suivantes 25 mm d_opt = 0,18mm ____ cas du sténopé 6x6 130° de chez Zéro-Image 90 mm d_opt = 0,34mm ____ angle de champ diagonal sur 20x25cm = ~120 degrés 150mm d_opt = 0,44mm ____ angle de champ diagonal = ~90 degrés en 20x25 ; d=300mm : a_opt = 0,62mm ____ angle de champ diagonal en 20x25 = ~53 degrés (focale normale du 20x25) Si on compare une optique de chambre de 90 à un sténopé optimum à 90 mm de distance, si on admet que l'optique de chambre a son meilleur diaph à f/22, ceci nous donnepour l'objectif une période de coupure approchée de l'ordre de 20-30 microns (30 à 50 pl/mm). Pour le sténopé optimum de 90 la tache-image est toujours plus grande que le diamètre de trou de 340 microns. Le tout est de savoir quelle est la période de coupure. Certainement pas beaucoup plus bas que 340 microns, en-dessous de cela guère d'espoir de reconstituer quoi que ce soit. L'amélioration serait donc pour le sténopé au maximum d'un facteur 2, car la tache-image est plutôt de l'ordre de 400-500 microns en combinant la projection de l'image du trou avec la diffraction, on peut espérer améliorer le contraste jusqu'aux périodes de l'ordre de 300 microns. Il reste donc un facteur 10 "incompressible" en diamètres de taches-images entre une optique de chambre et un sténopé s'appuyant sur un traitement numérique. Soit un facteur 100 en nombre de pixels équivalents dans l'image. Pour la luminosité : l'ouverture photométrique d'un sténopé optimum pour d=90mm et a=0,34 est N_opt = 265. On perd donc au bas mot un facteur 100 en temps de pose par rapportà une optique de 90 fermé à f/22. Henri G. tu peux dormir tranquille ;-);-)

Re: Le traitement numérique d'images au secours du sténopé

Auteur: Henri Gaud  Date:   24-11-2003 19:16 Bonjour, Je dors tranquille, le sommeil parsemé de petit bruits d'obturateur, glissement de diafragme et de murmures sur les paires de ligne. Maintenant que l'on sait que optique/sténopé nous donne coef 100 en "qualité" (je met des guillemets pour éviter de me faire plomber) et coef 100 en pose, peut-on imaginer que le numérique par exemple nous permette de franchir un coef 100 en pose et en qualité (le facteur 10 étant quasi atteint). Vive la science et les scientifiques. HG

Re: Le traitement numérique d'images au secours du sténopé

Auteur: Christophe  Date:   24-11-2003 21:12 d'abord, le stenope c'est pas flou.... c'est les photographes qui sont ingras et malhonnetes ;o)) @+ Christophe

Re: Le traitement numérique d'images au secours du sténopé

Auteur: Yves  Date:   24-11-2003 23:58 Je dirais que dans le cas du sténopé (comme dans les autres) c'est la FTM de diffraction à l'infini qui donne la fréquence de coupure "absolue" (même si le processus de formation de l'image est plus complexe et donne d'autres zéros avant), selon les formules habituelles du type f_max=1500/N (avec la fréquence spatiale en pdl/mm). Du coup l'optimum d'un tel système (sténopé + déconvolution) ne se situerait sans doute pas à une ouverture aussi petite que pour le sténopé habituel. Il n'y a pas d'exemple dans l'article en question? Dommage! Ca m'intéresserait de faire quelques essais par curiosité, mais plus tard... J'imagine que les systèmes astronomiques utilisant ce principe d'imagerie (par nécessité) ont donné l'occasion de faire le tour de la question, mais c'est toujours amusant de redécouvrir la fil à couper le beurre (ou la ficelle dans un premier temps).

Re: Le traitement numérique d'images au secours du sténopé

Auteur: Jean Daubas  Date:   25-11-2003 01:10 Emmanuel, cher voisin bisontin, J'ai des frissons à te lire et à songer - rétrospectivement - à ce qu'aurait pu donner une intervention de ta part (du même type que celles de ce fil) lorsque tu assistais "sagement" à ma conférence sur " Histoire des Images et sténopé" lors de la Journée Mondiale de la Photographie au Sténopé 2003, à l'ecole des Beaux arts de Besançon... Heureusement que, ne te connaissant pas, je ne pouvais savoir que tu étais dans le public! Mais quand je pense qu'à la fin , tu es venu te présenter et me remercier d'avoir su complètement rester sur le terrain philosophique et esthétique... Il est vrai que j'avais quand même cité les sténopés embarqués sur certains satellites de la Nasa et présenté une image réalisée par un dispositif sténopique appliqué à l'étude de certaines particules. Alors je ne nie pas que cela puisse présenter un intérêt d'améliorer une image sténopique, mais je crois que cela ne concerne que des dispositifs à usage scientifique. Dans le cas – le plus fréquent – des sympathiques sténopés bricolés par quelques amoureux de nouvelles visions, je crois qu'il n'y a vraiment aucun besoin de transformer l'image et encore moins de "rattrapper l'image optique" comme tu dis. D''ailleurs tes prédictions de "perspectives passionnantes" me semblent curieusement s'appliquer au champ opposé à celui que j'entrevois [ah, le système "négatif/positif", on n'en sortira donc jamais] : là où tu vois les images sténopé "boostées" par le laboratoire numérique, je vois plutôt les bidouilleurs de Photoshop et Cie nous "pondre" des scripts permettant de faire ressembler une image réalisée avec un giga-machin à méga-pixels à une image tranquillement recueillie au creux d'une vieille boîte à chaussures... Mais ils vont avoir du mal car ce n'est pas si simple d'imiter la simplicité et les quelques essais que j'ai vus dans ce sens sont ridiculement approximatifs. Mais ils nous ont déjà fait le coup avec à peu près tout ce qui permet d'éviter de se tremper les mains dans le cambouis (disons dans le Bitume, pour rester dans l'esprit) : pseudo virages, pseudo tirage Lith, pseudo Platine, pseudo panoramique, pseudo... Mais un pseudo-trou, ça , ça serait vraiment une trou...vaille ! Pourquoi pas (perspective intéressante...) un "Bigler-script" qui rendrait presque poétiques les formules d'optique biglérienne ou un "plug-in Henry Go.Gaud" (TM) qui générerait des sautes d'humeur HG (avec niveau de consensualité paramétrable, quand-même)... Bon, mon ordi me fait délirer! je (me)retourne dans ma boîte (ma chambre?) via mon petit trou et me love dans ma tache de flou constante... Good night, Jean

Re: Le traitement numérique d'images, facteur 4 et facteur 100.

Auteur: Emmanuel Bigler  Date:   25-11-2003 10:19 Un facteur 4 sur le nombre équivalent en pixels pour une image "améliorée" cela peut être intéressant si visuellement le résultat est plaisant. Exemples où ce facteur 4 est déterminant, parce qu'il tombe dans une gamme de qualité d'image où l'oeil fait la différence : le même amateur moyennement exigeant qui paiera 500 euros un appareil numérique 4Mpix se moquera d'un "vieux" 1MPix même à vil prix. Tel professionnel qui ne voudra pas entendre parler d'un 2,7 Mpix gagnera sa vie avec un 11Mpix en lui tressant des couronnes. Maintenant le facteur 100. 1Mpix d'un côté, notre amateur n'en veut plus et il a raison. 100Mpix de l'autre : c'est ce qu'on obtient sans forcer en numérisant un plan-film 9x12 ou 4"x5" à 2400 ppp, un "poids" de pixels tout à fait réaliste pour une optique de chambre qui passera 50pl/mm à f/16-f/22 (période de coupure : 20 microns pour une bonne optique pas fermée à f/32, échantillonnage à deux points par période, tous les 10 microns). On peut même dire que pour 500 euros on trouvera en occasion une chambre et une optique correctes qui tiendront ces spécifications des "100Mpix équivalents". Bon, il faudrait y rajouter la quincaillerie informatique si on veut finir dans le monde numérique..... est-ce vraiment utile ?? ;-);-)

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