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l'auteur

Après des études d'Ingénieur à l'ESTP Paris et un Diplôme d'Ingénieur en électro-mécanique, un DEA "Solides, Structures et Systèmes Mécaniques, Option Modélisation et Calcul", Pierre Kervella se tourne vers une passion de jeunesse, le ciel, en entreprenant un DEA "Astrophysique et Techniques Spatiales", (Paris VII, Paris XI). Il passe sa thèse de Doctorat en Astrophysique (Université Paris 7), à l'Observatoire Européen Austral en interférométrie optique avec le Very Large Telescope. Pierre travaille aujourd'hui à l'Observatoire de Paranal (Chili) et est l'auteur de nombreuses publications scientifiques.
C'est aussi un passionné de grand format qui réalise de très belles photographies de nature.
 

Cet article est une traduction d'un article paru sur le site personnel de Pierre Kervella et publié avec l'aimable autorisation de son auteur.
On trouvera également la fiche technique du scanner sur le site.
Traduction : Henri Peyre.

Le Canoscan D2400UF

Comparaisons techniques avec les scanners Epson Perfection 1200U Photo, Canoscan FS2710 et Polaroid Sprintscan 45i

par Pierre Kervella 
(voir également sur ce site une interview de l'auteur, à propos d'une de ses photographies)

La qualité du scanner compte autant que celle de l'objectif de prise de vue ou celle du film dans l'obtention du meilleur résultat possible lors du tirage numérique.

L'utilisation principale que je fais de ce scanner est la numérisation de diapositives 4x5". Comme j'ai changé récemment mon Epson Perfection 1200U pour le Canoscan D2400UF, vous trouverez ci-dessous une comparaison de la qualité des scans réalisés par ces deux scanners. J'ai pu également avoir accès à un scanner grand format Polaroid Sprintscan professionnel, capable de produire une résolution de 2000x4000 dpi (2000 dpi optique) ; aussi ai-je ajouté un détail provenant d'un scan de la même diapositive obtenu par ce dernier.

J'ai ajouté aussi des tests plus "scientifiques" sur la dynamique et la fonction de transfert de modulation (qui donnent la résolution réelle) du D2400UF. Les résultats sont stupéfiants !


Voici la diapositive 4x5" complète dont un détail a été utilisé pour certains des tests ci-dessous (photographie prise avec un objectif Rodenstock Apo-Sironar N 210 mm sur de la Fujichrome Velvia). La vue représente le parc Torres del Paine en Patagonie du Sud.

Je présenterai successivement :

. la résolution brute des scanners (P1200, D2400UF, Polaroid) 
. les images traitées (P1200, D2400UF, Polaroid) 
. le changement de taille et le rééchantillonnage (P1200, D2400UF, Polaroid) 
. l'aberration chromatique (P1200, D2400UF, Polaroid)
. la vitesse d'acquisition (D2400UF) 
. la dynamique, le Dmax et le Dmin (D2400UF, FS2710) 
. le MTF, la résolution réelle et l'amélioration optimale de netteté locale (Filtre Renforcement Accentuation de Photoshop) (D2400UF)

Résolution brute des scanners

Le rendu des couleurs est quelque chose de difficile à quantifier et de subjectif et n'est donc pas comparé ici (on se reportera à la partie images traitées pour plus d'information à ce sujet)

Afin d'éviter des biais relatifs au contraste dans l'estimation de la résolution, les informations concernant la couleur ont été éliminées des scans bruts présentés ci-dessous et les niveaux ont été réglés aux mêmes points blanc et noir. Ils ont été ré échantillonnés, mais sans interpolation, (voir la partie correspondante pour plus de détails), pour atteindre la résolution en pixel du scan Polaroid (4000 dpi). Vous pouvez télécharger les fichiers TIF en cliquant sur les images.

Ceux d'entre vous qui trouveraient les images qui suivent floues doivent se rappeler que ce qu'ils voient à l'écran (en 72 points par pouce et environ 12cm de côté en condition moyenne de visualisation) est le détail d'une image qui ferait 3,5 m sur 4,4 m. De plus ces images sont complètement brutes et n'ont pas subi de traitement d'accentuation de contraste local, traitement qu'il est toujours nécessaire d'appliquer sur des images scannées. En d'autres termes, l'image finale est toujours plus fine...

En comparaison, prenez une photographie 24x36, agrandissez-la de sorte que l'image finale fasse 5m sur 3... et le grain de votre diapositive Velvia favorite, réalisée avec un objectif Nikanonolta hyper cher aura l'aspect d'une balle de tennis...;-)

Epson Perfection 1200U Photo (1200 dpi, 285 €)

Canoscan D2400UF (2400 dpi, 575 €)

Polaroid Sprintscan 45 (4000 dpi, 5750 €)

La conclusion de cette comparaison est qu'il y a peu voire pas d'intérêt à monter à une résolution supérieure à 2400 dpi. Le récent scanner D2400UF de Canon donne des résultats étonnamment bons si on veut bien se rappeler qu'il coûte 10 fois moins cher que le scanner Polaroid. En fait, lorsque l'option "bicubique" est sélectionnée dans Photoshop au lieu de l'option "au plus proche" (qui a été utilisée pour les images présentées ci-dessus) au moment de l'interpolation, il n'y a plus de différence visible entre le scan réalisé au Canon et celui réalisé au Polaroid.

Images traitées

La qualité des images traitées peut être très différente de celle des images brutes, même si un traitement similaire leur est appliqué. Cela peut être dû par exemple aux différences de niveaux de bruit, de dynamique ou aux aberrations chromatiques.

Tout ce qui suit dans cette partie, contrairement à ce que nous avons écrit dans la partie résolution brute, est très subjectif. D'autres que moi obtiendront probablement de meilleurs résultats en traitant les mêmes images, et je ne prétends pas rendre parfaitement justice à la qualité des scanners étudiés.

Le détail extrait de la diapositive est le même que le précédent, avec cette différence que je l'ai laissé ici en couleur au lieu qu'il était en noir et blanc précédemment, puisque le but est à présent d'évaluer quelle peut être la finesse d'une image finale. Les scans couleur bruts, sans traitement du tout, sont présentés d'abord, puis les images traitées et ceci pour chacun des scanners. Je n'ai utilisé que les courbes et l'amélioration du contraste local (note du traducteur : commande Filtre/renforcement/accentuation de Photoshop) pour le traitement. Pas de sélection, pas de calques, rien d'autre.

Epson Perfection 1200U (1200 dpi, taille réelle)

Canon Canoscan D2400UF (2400 dpi, taille réelle, scan brut)

Polaroid Sprintscan 45 (4000 dpi, taille réelle)

Le résultat montre, comme pour celui concernant la résolution brute, que la différence entre le D2400UF et le scanner Polaroid n'est pas évidente et que les 2 images ont le même aspect. Pour d'autres comparaisons il nous faut maintenant étudier l'impact du ré-échantillonnage et du changement de taille sur l'image. 

Changement de taille et ré-échantillonnage

Changement de taille avec Photoshop

Quand vous voulez changer la taille d'une image dans Photoshop, le logiciel vous propose 3 méthodes : "au plus proche", "bilinéaire" et "bicubique". La première n'est qu'un simple ré échantillonnage de l'image alors que les deux autres sont des interpolations. Cela crée une différence fondamentale sur le résultat visuel, et il est important de prendre cela en compte dans une comparaison sur plusieurs scanners.

ré-échantillonner une image consiste en gros à rendre les pixels plus gros ou plus petits qu'ils n'étaient au départ. Cela correspond à l'option "au plus proche" de Photoshop. La choix de la couleur (valeur RVB par exemple) de du pixel d'image ré échantillonné est fondé uniquement sur la valeur du pixel le plus proche dans l'image originelle. L'image résultante est exactement conforme à l'image de départ avec, en cas d'agrandissement, une matrice de points comme "pixel". On n'introduit aucune information autre que celles qu'il y avait dans l'image de départ. 

L'interpolation est un processus fondamentalement différent, en ce sens que la valeur colorée du pixel interpolé est calculée par l'ordinateur à partir de plusieurs pixels de l'image d'origine. Lors de ce calcul, on ajoute de l'information à l'image. Le pré-supposé inhérent à l'interpolation est que l'image est lisse et peut être approchée en valeur lors d'un calcul par une fonction bi-dimensionnelle d'un certain degré n qui peut être estimé même s'il n'a pas été mesuré originellement. Si vous doublez la taille d'une image par interpolation dans les deux directions par exemple, il est nécessaire que l'ordinateur calcule la valeur des pixels additionnels à partir des pixels existants. La machine le fait en s'appuyant sur les valeurs des pixels entourant le "pixel inconnu". Si vous avez choisi l'option "bilinéaire", elle utilisera les 4 pixels voisins ; si vous avez choisi "bicubique", elle utilisera 16 d'entre eux. Il est facile de comprendre que cela vous donnera une transition plus lissée que 4. Il est moins facile de réaliser que vous introduisez plus d'information arbitraire dans l'image lors du choix de l'interpolation "bicubique" que lors de celui de l'interpolation "bilinéaire". En tout état de cause, tout cela convient lors de l'agrandissement d'une image, puisque de toute façon nous n'avons pas l'information manquante, mais doit absolument être évité lors de la réduction d'image. Dans cette dernière nous avons déjà toute l'information utile. Si vous ajoutez de l'information "de lissage" lors d'une réduction de l'image, elle sera plus floue, et ceci est facile à voir dans Photoshop.

Ainsi il est conseillé d'utiliser l'option "bicubique" pour agrandir une image et "au plus proche" pour la réduire. Malheureusement cela n'est même pas si simple dans la mesure où la réduction "au plus proche" peut donner des images déplaisantes avec trop de pixels pour la modulation des pixels. L'interpolation intermédiaire "bilinéaire" donne alors des images d'aspect plus naturel, même s'il convient d'éviter définitivement l'interpolation "bi-cubique". Une petite accentuation de netteté (avec un rayon <1) peut aussi aider dans ce cas.

En conclusion : utilisez toujours l'interpolation "bicubique" pour agrandir une image, et l'interpolation "bilinéaire" (avec un léger effet de flou) pour la réduire.

Images ré-échantillonnées

Pour en revenir aux tests des scanners, on trouvera ci-dessous une série d'image montrant des versions ré-échantillonnées des images traitées en provenance des trois scanners. Elles ont été ré-échantillonnées en utilisant l'option "au plus proche afin d'atteindre les 4000 dpi du Canoscan D2400UF. De haut en bas on trouvera l'Epson Perfection 1200U Photo, le Canoscan D2400UF et le Polaroid Sprintscan 45 (seule image traitée d'origine en l'espèce).

P1200U

D2400UF

Sprintscan 45

Images interpolées

Les mêmes qu'au-dessus, mais à présent avec l'option "bicubique" demandée à l'interpolation. D'abord les images originales, ensuite les images interpolées.

P1200U

D2400UF

Sprintscan 45

Il est à présent impossible de faire la différence entre les images du Canoscan et du Polaroid. Les informations ajoutées lors de l'interpolation, quoique purement artificielles (nous avons admis que l'image était lisse), ont gommé les différences entre l'image d'origine scannée sur le D2400UF et celle du Polaroid.

Je voudrais souligner le fait que ce procédé, quoique "faisant joli", n'est pas innocent : il crée une haute résolution qui n'est pas à l'origine dans l'image et peut ainsi être considéré comme une sorte de manipulation peu honnête. En vérité, dans la pratique réelle la question ne se pose pas, et les résultats esthétiques commandent.

Comparer les mérites des deux scanners en agrandissant par interpolation l'image acquise par l'un d'entre eux et en la comparant à celle acquise par l'autre n'est pas une méthode honnête (comme je l'ai déjà vu écrit sur le web...),. Cette étape de traitement qui n'a l'air de rien ajoute des détails qui ne sont pas présents sur la photographie originale et fausse le test.

De plus, on ne peut ajouter qu'une quantité d'information limitée, comme c'est visible sur le scan interpolé du Perfection 1200 : il est moins net que ceux du Canoscan et du Polaroid, et le restera, quelle que soit l'interpolation qu'on lui applique... Comme règle pratique, on peut retenir qu'aucune information utile ne peut être ajoutée à une image si on l'agrandit de plus du double.

Conclusion

La conclusion est que les images interpolées du Canoscan D2400uf se démarquent nettement de celles du Perfection 1200 et que les différences avec celles du Sprintscan 45 sont presque imperceptibles.

N.B. : il est possible de distinguer le grain de la diapositive sur l'image issue du Polaroid, particulièrement dans le ciel, mais la pellicule est de la Velvia, et le grain est extrêmement fin, même à 4000 dpi.

Aberration chromatique

L'aberration chromatique pour un objectif est un défaut optique qui crée des franges colorées autour des parties les plus brillantes des images. Cela provient d'une mauvaise mise au point sur les différentes longueurs d'onde de la lumière.

Les optiques des scanners sont des pièces d'optique extrêmement sophistiquées puisqu'elles doivent arriver à concentrer une très grande ligne de l'image originale sur un très petit capteur CCD en conservant une très haute résolution. Pour les scanners grand-public elles représentent une part non négligeable du prix de la machine. Malheureusement des marques de scanners à plat on tendance à utiliser des objectifs en verre de médiocre qualité ou même en plastique qui créent de fortes aberrations chromatiques. Ce n'est pas très important pour les scanners à 600 dpi, où les pixels sont réellement de grande taille, mais dans le cas des scanners à 1200 ou 2400 dpi, c'est réellement un point critique.

Les vues microscopiques ci-dessous montrent la partie sommitale du pic dans le détail photographique dont nous nous sommes déjà servi. Les images sont des images agrandies par  ré échantillonnage "au plus proche" des images traitées par interpolation "bicubique" dans la partie précédente (j'espère que vous me suivez encore ? :-)).

Epson Perfection 1200 U Photo

Canoscan D2400UF

Polaroid Sprintscan 45

Juste pour rire, ces images représentent une portion de 0,4x0,4mm sur le film, ce qui veut dire qu'à ce niveau d'agrandissement l'image complète représenterait (sur un moniteur standard) une surface de 20m sur 16.

Conclusion : Il est facile de voir les franges rouges et bleues dues à l'aberration chromatique sur le Perfection 1200U Photo. L'optique de ce scanner n'est pas réputée pour sa qualité et cela se voit clairement... un paramètre à prendre en compte est la proximité du détail choisi au bord de l'image, endroit particulièrement critique pour les défauts d'aberration chromatique. 

L'optique du Canoscan D2400UF est très bonne et ne montre quasiment pas d'aberration chromatique. Canon a beaucoup communiqué sur cet aspect au lancement du scanner et il y a probablement quelque chose de vrai dans sa publicité :-).

L'image du Polaroid est aussi très propre, avec le même niveau de frange que sur l'image du Canoscan. Les franges sont moins apparentes à cause de la saturation plus faible des couleurs, mais c'est la taille des franges qui est importante et elle est à peu près la même (très petite : moins  de 2 pixels)

Vitesse d'acquisition

Contrairement à ce que j'ai pu lire sur le web, le D2400UF est non seulement pointu en résolution mais aussi rapide ! Il utilise le port USB et un algorithme spécial pour transmettre l'énorme volume de données au travers de cette connexion faite pour les jeux.

Je n'utilise jamais le FARE (nettoyage de la poussière par scan infrarouge) ou les options de netteté, parce que le résultat est meilleur si on les fait manuellement après le scan. Egalement je n'ai utilisé l'option "très grand taille de fichier" (510Mo) qu'une seule fois... A cause de sa taille le fichier n'est pas manipulable sur un PC. Mon format de scan standard est à présent 2400 dpi, 8 bits par couche et c'est déjà suffisamment lourd !

Les temps total de scan sont listés dans le tableau ci-dessous. Mon PC est un vieil AMD K6-2 400 Mhz avec 768Mb de RAM. Je dois souligner qu'il est quasiment impossible d'utiliser le D2400UF pour des plan-films 4x5" si vous n'avez que 256 Mo de mémoire ou moins. La mémoire que j'ai est un minimum est 2Gb ne sont pas un luxe.

Type de scan
Taille du fichier
Temps
4x5", 1200dpi, 16bits/couche couleur
160 Mb
5'
4x5", 2400dpi, 16bits N&B
200 Mb
16'
4x5", 2400dpi, 8bits/couche couleur
300 Mb
16'
4x5", 2400dpi, 16bits/couche couleur
510 Mb
23'
4x5", 2400dpi, 8bits/couche couleur , FARE+USM
300 Mb
21'

Remarque : la taille du scan en 2400 dpi et 16 bits couleur est une limite de Windows, qui n'accepte pas les fichiers de plus de 512 Mb, et pas du scanner.

Dynamique, Dmax, Dmin

Dans cette partie, je compare la dynamique et les densités limites (maxi et mini) de mes deux scanners actuels : le D2400UF (scanner à plat muni d'un dos transparent, 2400 dpi) et le FS2710 (scanner pour film 35mm, 2720  dpi), les deux de Canon. Ce sont les deux scanners auxquels j'ai accès, puisque je me suis débarrassé de mon vieil Epson P1200U et que le Sprintscan 45 ne m'appartient pas...

Définitions

bruit : dit aussi bruit de fond, il est constitué par les variations d'intensité aléatoires du pixel induites par la lecture électronique des valeurs du photosite (le pixel physique du CCD) et sa conversion en une valeur (passage de l'analogique au numérique). Le bruit est caractérisé par sa déviation statistique standard, sigma (qui peut être considéré comme sa force).

Dynamique (dynamical range ou Dyn) : c'est un nombre caractérisant l'aptitude du scanner à séparer des niveaux de luminosité proches les uns des autres (niveaux de gris). Ce nombre est proportionnel  au niveau maximum enregistrable par le scanner inversement proportionnel à la déviation standard due au bruit de fond. On l'exprime par une valeur logarithmique (de base 10).
Dyn = Log10(niveau maximum/ sigma(bruit))

Rapport signal sur bruit (signal to noise ratio ou SNR) : ce nombre représente le niveau de lumière mesuré par le capteur du scanner (CCD) par unités de déviation standard de bruit :
SNR = Niveau / sigma(bruit)

Luminance : la luminance est simplement l'intensité combinée des 3 canaux d'une image colorée, ou directement l'intensité pour une image noir et blanc.

Dmax et Dmin : densité maximum et minimum. Les caractéristiques les plus célèbres des scanners (et souvent les plus falsifiées)... Leur emploi a été complètement sauvage ces dernières années, et le plus souvent inapproprié.  Des surdoués du marketing ont parfois remplacé le Dmax par le Dyn sur les spécifications des scanners, parce qu'il a souvent meilleure allure, mais cette pratique est malhonnête. Ces grandeurs viennent d'un temps où la densité du film était mesurée avec un microdensitomètre (c'est maintenant rarement le cas) et sont liées à la quantité de grains d'argent qu'on trouve dans une portion standardisée d'une émulsion développée. Dans ce qui suit, je reprends à mon compte la définition du "Fuji Professional Data Guide" de Fuji. Dmin est la "transparence" maximum du film, tandis que Dmax en est l'opacité maximum. Comme je n'ai pas une cible à densité calibrée, j'utilise une pellicule diapositive Velvia non exposée mais développée comme référence pour le Dmax. Dans la brochure Fuji, elle est donnée pour les caractéristiques suivantes (les valeurs de luminance sont de mon cru)

Color Dmin-Dmax (RVP)
Rouge 0.15 - 3.3
Vert 0.15 - 3.8
Bleu 0.15 - 3.7
Luminance 0.40 - 3.9

Dynamique

La méthode de mesure est simple : on mesure le bruit de fond en scannant une image parfaitement noire (par exemple une feuille d'aluminum), et en calculant la déviation standard (l'histogramme de Photoshop donnera l'information). Il faut travailler avec un gamma de 1 sans quoi les résultats seraient inutilisables.

On observe les résultats suivants (les parenthèses indiquent des valeurs biaisées par l'imprécision des mesures) :

DYN Lum
R
G
B
D2400UF 48bits color 2.7 (4.1) 2.7 2.7
D2400UF 24bits color 2.7 (4.1) 2.7 2.7
D2400UF 16bits B&W 3.1      
D2400UF 8bits B&W 3.1      
FS2170 48bits color 2.9 2.9 2.8 2.9
FS2710 16bits B&W 2.9      
FS2170 48bits color 4 times sampling 3.3 3.3 3.0 3.2
FS2170 16bits B&W 4 times sampling 3.3

Dmax and Dmin

Pour cette mesure, une diapositive RVP non exposée est scannée. Le signal mesuré au travers de cette diapositive très noire est comparé au bruit de fond, donnant un certain SNR. Ce SNR correspond donc à la densité Dmax pour chaque couleur donnée dans la table ci-dessous (voir les définitions) pour la Velvia. La Dmax est atteinte quand le SNR est égal à 1 et à partir de là il est facile de faire la conversion  et de calculer le Dmax réel du scanner. Le Dmin est  directement obtenu en soustrayant le Dyn au Dmax 

DMAX Lum
R
G
B
D2400UF 48bits color 4.2 3.2 3.6 3.8
D2400UF 16bits B&W 4.3      
FS2170 48bits color 3.6 3.1 3.3 3.3
FS2710 16bits B&W 3.6      

 

DMIN Lum
R
G
B
D2400UF 48bits color 1.5 0.0 0.9 1.1
D2400UF 16bits B&W 1.2      
FS2170 48bits color 0.8 0.2 0.5 0.5
FS2710 16bits B&W 0.8      

Discussion

La dynamique des 2 scanners n'est pas terriblement importante, mais très raisonnable. L'amélioration apportée par un quadruple passage avec le FS2710 est substantielle, puisqu'elle atteint 0,4 points.

Les Dmax et les Dmin sont la grande surprise de ce test...

La Dmax du D2400UF est incroyablement élevée, atteignant 4,2 en luminance pour la couleur et jusqu'à 3,8 pour le bleu (mono passe, il n'y a pas de multi passe possible avec ce scanner). De la même façon, 4,3 en luminance de Dmax pour le noir et blanc est aussi très impressionnant. Cela est excellent puisque cela veut dire que tous les détails d'ombre sur n'importe quel film seront enregistrés fidèlement. En d'autres termes le D2400UF "voit" facilement au travers d'une Velvia non exposée (complètement noire) !

La Dmax du FS2710 est très raisonnable avec 3,6, mais cette valeur signifie qu'il ne peut pas enregistrer la totalité des densités présente sur une diapositive Velvia (Dmax = 3,9). Les Provia RDPIII (de Dmax = 3,7) et les Astia/Sensia 100 (de Dmax = 3,6) pourront être scannées pratiquement sans perte dans les détails d'ombre.

La Dmin du D2400UF est incroyablement haute, avec une luminance de 1,5 en couleur. Cette fois c'est un mauvais résultat. Cela veut dire que les hautes lumières présentes sur une diapositive Velvia (qui peut descendre à une Dmin de 0,4) sont surexposées sur le capteur CCD du scanner. Les détails des hautes lumières sont encore plus perdus sur des diapositives de faible densité comme les Astia/Sensia qui descendent à des Dmin de 0,3 ou moins.

La Dmin du FS2710 est raisonnable dans sa luminance en couleur. Les détails des hautes lumières sont conservés sur à peu près toute l'échelle de densité des Velvia et des Provia. Pour les Astia/Sensia c'est un peu difficile de conserver les plus hautes "hautes lumières".

Conclusion

Le D2400UF est volontairement réglé par Canon pour surexposer ses scans. C'est une bonne nouvelle pour les photographes de paysages comme moi-même. Le RVP est présenté par Fuji comme un film 50 ISO, alors qu'il est en réalité d'une sensibilité de 40 ISO, ce qui donne des diapositives ayant une densité pas ordinaire. Si vous utilisez le D2400UF pour les scanner, vous avez intérêt à les exposer à 40 ISO...

Quoi qu'il en soit, il est possible de modifier la surexposition en plaçant un atténuateur devant la source lumineuse du scanner. Plus prosaïquement, il est aussi possible de maintenir la couverture du scanner légèrement ouverte pendant le scan, afin de prévenir la chute d'intensité sur la diapositive. En tous cas, il est toujours plus facile de réduire les Dmax et Dmin que de les augmenter : il vous suffit de réduire l'intensité de la source lumineuse ! Sous cet aspect, le D2400UF est un superbe outil à adapter précisément à la situation de scan. 

Comme suggestion à Canon, je serais heureux que le scanner soit doté d'une possibilité de passage multiple de sorte d'augmenter un peu la Dynamique. Cela ferait de ce scanner un outil presque parfait !

Le FS2710 est quant à lui un scanner très neutre, et il traite joliment tous les films classiques. Il a quelques difficultés avec les zones sombres des diapositives Velvia ou Provia, mais c'est un problème limité. D'une façon générale il est de bonne qualité et produit des scans de qualité à partir de films de petits format à faible coût. 

MTF, résolution réelle et amélioration optimale de la netteté locale - réglage de netteté idéal pour le Canoscan D2400UF

Définition

l' "acuité" d'un scanner est une quantité qui peut être quantifiée numériquement par la fonction de transfert de modulation (MTF). La définition que je retiens ici est la suivante :

MTF (fréquence spatiale) = spectre d'amplitude mesuré (fréquence spatiale) / spectre d'amplitude original (fréquence spatiale)

Le spectre d'amplitude est donné par le module de la transformation de Fourrier du signal du scanner. Il peut être vu comme la courbe du "niveau de détail" (appelé aussi fréquence spatiale).

Si par exemple vous scannez une onde sinusoïdale parfaitement définie d'une amplitude de 35 ADUs, avec une fréquence spatiale de (1/20)pixel^(-1) (ce qui veut dire avec une période de 20 pixels de longeur), vous obtiendrez habituellement un scan de moins de 35 ADUs d'une crête de modulation à l'autre. La valeur du MTF à la fréquence de (1/20)pixel^(-1) est le ratio de la modulation mesurée rapportée aux 35 ADUs du signal original.

Mesure

Pour produire une large gamme de fréquences spatiales, j'ai scanné une pièce de métal à la résolution optique maximum du scanner, 2400 dpi (10,6 microns par pixel).

Il peut paraître étrange de ne pas utiliser de film pour tester un scanner de film, mais c'est la seule façon d'obtenir un résultat correct (c'est à dire non surestimé). Un objet opaque (comme un couteau, une pièce, un papier d'aluminium...) présente la particularité d'être parfaitement net sur son bord, parce qu'il offre une discontinuité matérielle. Si vous testez la résolution avec un film, vous n'obtiendrez jamais de hautes fréquences parce que le film est déjà peu net.

Les mesures décrites ci-dessous sont réalisées pour un gamma de 1,8. C'est important parce que cela change la réponse du scanner aux fortes lumières par rapport aux faibles lumières. J'aurai pu faire ces estimations avec un gamma de 1, mais cela n'aurait pas été représentatif des conditions d'usage propres à l'instrument.


Figure 1. Stimulation (en bleu) et réponse (courbe jaune) du scanner D2400UF

La figure 1 montre un fragment de ligne d'une région de l'image correspondant au bord de la pièce de métal. On a sur la gauche la zone où la lumière est présente et sur la droite celle où le métal la masque. Il y a une lumière uniforme résiduelle sous la pièce en métal du fait des réflexions à l'intérieur du scanner dues à l'illumination brillante du reste de l'image. L'image n'était pas toutefois saturée, parce que j'ai utilisé un filtre de densité neutre pour garder le détecteur du scanner dans son régime linéaire.

Le calcul de la fonction de transfert de modulation a été réalisée avec Matlab, un package de traitement de données très populaire qui permet de traiter rapidement les transformations de Fourier. La MTF résultante est présentée sur la figure 2.

Discussion

La courbe de la MTF montre clairement qu'il y a une perte de modulation d'environ 50% à la fréquence spatiale de 2 pixels. Comme il y a des modulations optiques résiduelles à des fréquences supérieures à 1 pixel^(-1), il pourrait être théoriquement utile de scanner à 4800 dpi plutôt qu'à 2400 (avec interpolation dans une direction) afin de retrouver les fréquences spatiales les plus hautes (voir la partie concernant le changement de taille des images pour plus de détail). En réalité, pour des applications photographiques pratiques, la modulation résiduelle sur le film à 4800 dpi (5 microns par pixel) est négligeable, et ne provient que du grain, même avec les meilleurs films diapositive. Pour mémoire, échantillonner complètement un signal nécessite d'utiliser une fréquence (spatiale dans notre cas) 2 fois plus haute que la plus haute des fréquences présente dans le signal (théorème d'échantillonnage de Shanon).

Les plus hautes fréquences présentes dans le film sont naturellement apportées par les grains de la pellicule. Pour les meilleurs films disponibles (films diapositives), les grains sont généralement de 7 à 8 microns, ce qui signifie des fréquences maximum de 1/14 à 1/16 pixels^(-1). De là, vous devez échantillonner au scan sur des pixels d'une taille de 7 microns, ce qui veut dire avec une résolution de 3600dpi, si vous voulez récupérer toute l'information du film.

Si vous scannez à une résolution supérieure (4000 dpi ou plus avec les scanners pour film modernes et les scanners à tambour), vous allez détailler les grains eux-mêmes, ce qui peut être important pour le résultat esthétique du tirage, mais, techniquement parlant, cela n'amènera pas plus d'information au scanner. Vous pourriez tout aussi bien agrandir votre image en la ré-échantillonnant dans Photoshop et en lui ajoutant du bruit (commande "grain") artificiellement. Le résultat serait à peu de choses près le même que celui de scans en "super résolution". En pratique, de toutes façons, une résolution de moins de 3000 dpi est suffisante pour la plupart des applications.

En conclusion, le Canoscan D2400UF offre une résolution de sortie d'au moins 2400 dpi avec une modulation de 50%. La résolution de l'optique du scanner seule, sans prendre en compte le détecteur, est probablement même meilleure mais la résolution lors du scan est limité par les performance en échantillonnage du capteur.

Un protocole pour la meilleure netteté

La courbe MTF est aussi intéressante en ce qu'elle nous donne une idée des réglages à utiliser pour l'amélioration de la netteté des scans bruts avec la commande Filtre/renforcement/accentuation de Photoshop.

Lorsque vous demandez par exemple une accentuation de netteté de 100% avec un rayon de 0,5 pixels, vous amplifiez la modulation pour toutes les périodes spatiales en dessous de 1 pixel (voir figure 2) d'un facteur 2. Le cas idéal étant une MTF plate de 1, le but est de rectifier la courbe MTF en appliquant une série d'accentuations en faisant varier les rayons et les intensités. Il vous faudra d'abord amplifier les fréquences basses puis vous occuper des plus hautes. La séquence de réglage suivante marche raisonnablement bien :

- 10% rayon 10 pixels
- 40% rayon 2 pixels
- 80% rayon 1,5 pixels
- 90% rayon 1 pixel

Comme la MTF n'est pas une fonction à "deux étapes", une seule étape d'accentuation n'est pas suffisante et les quatre étapes suggérées ci-dessus pourraient encore probablement être améliorées. Le résultat de cette procédure est présenté dans la figure 3 ci-dessous :


Figure 3. Détail d'un scan avant (gauche) et après (droit) l'accentuation de netteté.

On doit noter que ce protocole d'accentuation est conçu pour donner une reproduction fidèle de l'objet (habituellement un film... :-)). Malgré tout dans la plupart des cas, il est meilleur d'augmenter plus les hautes fréquences de l'image pour donner une meilleure impression de netteté et/ou détacher les objets/personnes de leur environnement uniforme.

Il faut également avoir le souci de ne pas amplifier trop le bruit de fond dû au capteur, plus visible dans les valeurs de faible intensité. A cette fin il est possible d'utiliser une sélection de gamme de couleur pour exclure les zones sombres des dernières étapes d'accentuation de la netteté et/ou de leur appliquer un filtre spécial (filtre/bruit/médiane).

Art et Algorithmes

On doit rappeler qu'une photographie est, et restera toujours, une chose subjective. Certaines photographies exigeront plus de netteté (paysages par exemple) que d'autres (portraits).

Une photographie est une oeuvre d'art, et le photographe réalisant la photographie est aussi un artiste. En ce sens, ce qui est important n'est pas ce qui est "mathématiquement correct", mais ce qui réjouit le coeur et l'esprit. La création de belles images ne sera jamais un processus automatisé !

Ma suggestion est que vous ajoutiez votre grain de sel à tout ce qui est sur cette page et que vous expérimentiez par vous même sur chacune de vos images afin de tirer le meilleur parti de chacune d'entre elles.

Pierre Kervella, 09/2001
site personnel en http://elbereth.obspm.fr/~kervella/index_fr.htm

Dernière modification : 2002

 
 

 

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