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l'auteur

Cet article reprend une intervention d'André Mouton pour Galerie-Photo aux transphotographiques de Lille de 2002.

Sa suite naturelle, sur la photographie en numérique est l'intervention de Marc Genevrier : la haute résolution en photographie numérique

La haute résolution en photographie argentique

(cet exposé a été présenté par l'auteur dans le cadre des Transphotographiques 2002)

1) Définition pratique de la résolution en photographie

Résolution d’un objectif

Si l’on considère une mire constituée d’une succession de lignes blanches et noires de plus en plus resserrées, le signal fourni par cette mire peut être représenté par une forme d’onde carrée de fréquence spatiale croissante. Lorsqu’on observe cette mire au travers d’un objectif photographique, le signal restitué n’est plus une onde carrée mais une onde sinusoïdale. L’amplitude de cette onde diminue lorsque la fréquence augmente. L’objectif se comporte comme un filtre passe-bas avec atténuation progressive du signal vers les hautes fréquences. La résolution maximale d’un objectif photographique est atteinte lorsque le pourcentage de modulation n’est plus que de 10% du contraste initial. La qualité d’une optique dépendra non seulement de sa fréquence de coupure, mais aussi de la forme d’atténuation avec laquelle la fréquence de coupure est atteinte.

Résolution d’une image

La netteté d’une image est toujours le résultat d’une impression visuelle, car la netteté absolue n’existe pas. Par contre la résolution et le micro contraste d’une image, qui contribuent à l’impression de netteté, sont des notions bien réelles et mesurables.

Toute image photographique possède une structure discontinue. Elle est constituée de points répartis aléatoirement dans le cas d’une image obtenue par procédé argentique (image des grains d’argent du négatif) ou bien de points alignés sous la forme d’une trame dans le cas d’une image obtenue par procédé numérique. La distance moyenne qui sépare chaque point est représentative de la résolution de l’image. Plus les points sont proches, plus la résolution est importante. La résolution maximale est obtenue lorsque deux points consécutifs sont distants d’une valeur égale à leur diamètre. On définira donc la résolution d’une image par le nombre de ces points distincts par mm.

2) Qu’entend-on par "haute résolution" ?

L’œil humain est un merveilleux instrument. Toutefois l’œil nu est vite limité lorsqu’il s’agit de distinguer des points très rapprochés. Tout comme l’objectif photographique, l’œil possède sa propre fréquence de coupure. On estime qu’une personne ayant une bonne vue n’est généralement pas capable de distinguer plus de 5 points ou 5 lignes par mm (noté lpm) à une distance d’observation de 25 cm. On considérera donc qu’une image dont la résolution est égale ou supérieure à 5 lpm satisfait au critère de haute résolution. Il est toutefois peu utile que la résolution de l’image soit très supérieure à 5 lpm puisque l’observateur sera incapable d’en tirer profit. Il est par contre nécessaire d’atteindre 5 lpm sans quoi l’observateur placé à 25 cm verrait l’image sous une forme discontinue.

Bien entendu, les images sont en général observées à une distance plus grande que 25 cm, et la résolution nécessaire pour une perception de continuité dans l’image est d’autant plus faible que la distance d’observation est importante.

3) Facteurs limitant la résolution

Il existe de nombreux facteurs qui limitent la résolution d’une image photographique :

- Les défauts optiques des objectifs
- La diffraction optique
- La qualité du film
- Le type de développement du film
- Les défauts de mise au point
- L’imprécision de l’appareil de prise de vues ou
   d’agrandissement
- Les défauts de planéité du film
- Les vibrations lors de la prise de vue ou l’agrandissement
- Etc

Nous supposerons que le matériel et les méthodes utilisés sont excellents et nous ne retiendrons que les facteurs inévitables, à savoir :

- La résolution des objectifs
- La résolution du film développé
- Le phénomène de diffraction.

4) La diffraction : Qu’est ce que c’est ?

La diffraction est la principale loi physique qui détermine la performance d’un objectif photographique. Elle est incontournable car liée à la nature ondulatoire de la lumière. Aucun objectif n’y échappe.

Lorsqu’une onde de lumière traverse le diaphragme d’un objectif, une onde secondaire divergente se crée. Ainsi, l’image d’un point n’est pas un point, mais une tâche entourée d’anneaux de faible intensité. Le rayon de la tâche est proportionnel à la longueur d’onde de la lumière et à l’ouverture du diaphragme.

r = 1,22 x W x N
(W= longueur d’onde ; N= valeur du diaphragme)

Plus le diaphragme est fermé et plus la tâche est grosse. La résolution de l’objectif se trouve limitée lorsque deux tâches images de deux points distincts se recouvrent.

Si l’on prend par exemple une valeur moyenne de longueur d’onde égale à 0,546 micron (vert) et un diaphragme de f : 22, on obtient une tâche de rayon 0,0147mm, soit une résolution limite de 68 lpm.

En d’autres termes, aucun objectif diaphragmé à f :22 ne pourra résoudre mieux que 68 lpm dans le vert !

N’attendez pas toutefois que notre objectif puisse résoudre 268 lpm à f : 5,6. En effet, les aberrations optiques généralement importantes à grande ouverture limitent aussi la résolution de l’objectif.

Diaphragme effectif : Les calculs ci-dessus prennent en compte la valeur du diaphragme gravé sur l’objectif. Or ces valeurs ne sont valables que pour des photos à l’infini. Lorsqu’on travaille à des distances plus courtes, notamment au rapport 1 :1 ou plus, le diaphragme effectif est en réalité plus petit que celui qui est indiqué sur l’objectif et est fonction du rapport de grandissement de l’image.

N effectif = N x ( 1+G )
(N = valeur du diaph indiqué sur l’objectif ; G = rapport de grandissement)

Cela signifie qu’au rapport 1 : 1 un diaphragme de f : 22 devient f : 44 et que la diffraction limitera la résolution à 34 lpm.

Cas de l’agrandisseur : Ce phénomène est d’autant plus contraignant que le rapport de grandissement est élevé, et donc il sera extrêmement limitatif pour la résolution des objectifs d’agrandisseurs qui travaillent habituellement à des rapports de grandissement bien supérieurs à 1.

Considérons par exemple un agrandissement 10 fois à partir d’un négatif 24x36 mm. Si le diaphragme utilisé est f : 8, le diaphragme effectif est 8x(1+10) = 88 !

La résolution de l’objectif d’agrandissement sera limitée par la diffraction à 17 lpm ! (pour le vert).

5) La résolution optique d’une chaîne photographique :

Une chaîne photographique argentique est habituellement composée :

- d’un objectif de prise de vues
- d’une surface sensible (le film)
- d’un objectif d’agrandissement
- d’un support d’image (le papier)

La résolution globale de ce "système" est obligatoirement inférieure à celle du maillon le plus faible.

Considérons les deux premiers éléments : objectif de prise de vues et film. Du fait des réponses différentes de ces deux éléments vis à vis des contrastes du sujet, la résolution du système objectif + film est liée à la résolution propre de chacun des éléments par la formule heuristique suivante :

1 / Z² = 1 / A² + 1 / B²  
(Z = résolution résultante sur le film; A = résolution de l’objectif de prise de vues ; B = résolution du film)

Considérons le troisième élément : objectif d’agrandisseur. Nous considérerons que cet objectif est optiquement parfait et qu’il n’est limité que par le phénomène physique de diffraction.  Si ce dernier n’était pas limité par la diffraction, la résolution théorique sur le papier serait égale à Z /G 
(G=rapport de grandissement de l’image). Mais l’objectif d’agrandissement est limité par la diffraction et sa résolution maximale réelle (C) se combine avec la résultante des deux premiers éléments sous la forme :

1 / R² = 1 / ( Z/G )² + 1 / C²
(R = résolution finale sur le papier ; Z = résolution réelle sur le film ; G = rapport d’agrandissement de l’image ; 
C = résolution de l’objectif d’agrandissement limité par la diffraction )

Il est rappelé que les résolutions individuelles A et C des objectifs sont déterminées en fonction des diaphragmes effectifs de chacun des objectifs, donc en fonction des rapports de grandissement. Les objectifs étant considérés comme parfaits, c’est à dire seulement limités par la diffraction, les résolutions théoriques calculées sont probablement optimistes et doivent être considérées comme des maxima. La résolution B du film est choisie comme une valeur moyenne entre les résolutions à fort contraste 
(1000 : 1) et à faible contraste (1,6 : 1) fournies par le fabricant.

Les tables ci-après fournissent les résultats calculés pour les petit (35mm) , moyen (6x7cm) et grand formats (4x5 et 8x10 inches), ainsi que pour deux formats d’agrandissement de l’image.

6) Tables résultantes

Format image : 24 x 30 cm

On voit que pour un agrandissement 24x30 cm, les 4 formats satisfont au critère de haute résolution.

Format image : 50 x 60 cm

Pour un agrandissement 50x60 cm, seul le petit format ne satisfait pas au critère de haute résolution. Pour ce format il faudra observer l’image à 30cm minimum pour obtenir l’impression de netteté.

Conclusion : Il faut admettre que la résolution dépend assez peu de la qualité des objectifs car la diffraction optique limite rapidement leur pouvoir résolvant . Par contre un grand format de film est indispensable dès que l’on veut agrandir suffisamment l’image. A noter toutefois que pour un format d’image donné, la résolution obtenue sur le papier est loin d’être proportionnelle à la dimension du film. Rappelons toutefois que le critère de haute résolution implique une observation de l’image à l’œil nu et à une distance de 25 cm. Fort heureusement, les images de grandes dimensions sont le plus souvent regardées à une distance supérieure ou la résolution de l’œil est moins exigeante et ou l’impression de netteté est plus facilement atteinte. 

Source : " Resolution Limits " par Ronald B.J. Wisner (Darkroom Techniques, Mars-Avril 1990).

(cet exposé a été présenté par l'auteur dans le cadre des Transphotographiques 2002 - on lira à ce sujet l'article complémentaire, également présenté à la même conférence, de Marc Genevrier sur la haute résolution en numérique)

dernière modification de cet article : 2002