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H5D-200c

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du programme anti-Bayer de Hasselblad 
 
             

 

 

Lors du test du précédant dos multiposes de Hasseblad, nous n’avions pas été au plus profond des mécanismes mis en place par la marque pour déconstruire la matrice Bayer. Cette fois avec des pièges de toute sorte, nous essayerons de voir cette déconstruction en images. D’autres capteurs, objectifs et dématriceurs seront témoin du complot anti Bayer. Et même si on ne peut tout comprendre, nous verrons tout de même les traces de la confrontation.

La matrice Bayer et la photographie numérique sont pratiquement indissociables, mise à part quelques capteurs alternatifs, la méthode la plus employée en prises de vues couleur numérique est la séparation trichrome obtenue par les pixels filtrés en  rouge, deux verts et  bleu . Ces 4 photosites filtrés (Bayer) permettent de restituer les couleurs et nuances avec la qualité que nous connaissons actuellement.
Malheureusement ces filtres ne sont pas en superposition mais en juxtaposition, ce simple changément de préfixe génère des phénomènes très divers, le plus connu est le moirage et ses colorations par résonance entre le sujet et la matrice. Il y a aussi la perte de définition et la dégradation des couleurs.
La perte de définition est devenue moins gênante du fait de la très grande quantité de pixels de capteurs actuels. Mais en regardent de plus près on voit que cette dégradation n’est pas la même selon la couleur des formes du sujet.
Dans le test du précédant multi-poses, nous avons vu l’augmentation en définition et la suppression du moirage (voir ci-dessous), mais il manquait dans ces pages plus d’information sur le rendu de détails colorés et formes répétitives neutres.
 
 

 
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Avec une nouvelle mire éclairée de deux manières, nous mettrons en évidence pourquoi les ingénieurs de Hasselblad persistent à nous proposer un dématriçage électromécanique.
En photographie d’œuvres d’art, natures mortes, et architecture, les photographes sont confrontées à des exigences très importantes ( finesse des matières, qualité des bords et reflets…), lors du travail en argentique, 20x25 cm, 13x18cm et 10x12cm etaient de formats courants pour ce type de travaux, la grande surface et l’absence de matrice Bayer permettaient des résultats qu’aujourd’hui encore certains photographes regrettent.
Le défi pour le dos 200c avec une surface d’environ 1450 mm² est de remplacer un cliché fait en 20x25 cm avec 50 000! mm²
 .

La mire
Pour ne pas compliquer la lecture avec une multitude d’interprétations, une seule mire servira d’étalon pour comparer les différents observateurs (optique-capteur-dematriceur) OCB pour les habitués.
Cette mire est composée de plusieurs modules calculés pour mettre en avant les points que nous paraissent essentiels dans la constitution de l’image. Il faut préciser qu’ici on ne parle pas de photographie esthétique, au contraire on veut décrire au mieux la photographie de reproduction, c’est-à-dire la capacité d’un système à copier le sujet ou original.
Dans ces pages la question est; quel système photographique actuel permet d’obtenir la meilleure reproduction?
 
 
Une  mire, deux eclairages

Uniforme

 
Dynamique 10 IL 

 

Résolution, Dynamique, Nuances 

La résolution d’un système photographique donné, varie selon le contraste et la couleur des formes et aussi  avec la sensibilité Iso.
La sensibilité Iso nominal sera la qualité de départ pour analyser et comparer les résultats des différents ensembles en test.
 
Travaux pratiques 
Voila, nous avons la mire de 120x20cm que sera photographié d’un bord à l’autre dans toute la largeur et au centre du capteur, cette disposition minimise le vignetage et l’affaiblissement naturel vers les angles.
Pour commencer, c’est la mire uniformément éclairée que s’offrira à trois boîtiers, le dos Hasselblad en multi et mono, le Nikon d800e, et le Sony A7RII.
Les matrices de ces capteurs sont similaires en plusieurs points : la densité de pixels est d’environ 40.000 pixels au mm² , la taille des pixels pour les trois capteurs est d’environ 5µ et tous sont de Sony C-MOS, par contre la surface du dos 200c est de 1450mm² contre 864mm² pour les 24x36.
Comme nous venons de voir la résolution au mm² est pratiquement la même, les optiques de grande qualité sont le 100mm f/2,2 de Hasselblad et le Macro-Planar 50mm f/2 de Zeiss, ces paramètres de finesse de gravure et de résolution optique permettent d’exclure ou minimiser les facteurs autres que le dématriçage et le rapport de réduction dans la qualité d’image finale.
 

Rapport de réduction
Pour le dos Hasselblad 33x44 l'echelle est 1200mm/44mm = 1/27 env
Pour les capteurs 24x36 ce rapport est de 1200mm/36mm= 1/33
env

Apparence, ampleur et dégâts
Sous éclairage uniforme (mode réproduction) la mire et ses modules nous permettront de voir les performances d’un système photographique que nous appellerons (OCD pour Optique, Capteur, Dématriceur) et les multiples déformations induites par la matrice Bayer sur certains éléments du sujet. Les originaux obtenus avec le A7RII le D800e et H5D-200c traités avec Camera Raw, Capture One et Phocus 2.9, montreront également les particularités des algorithmes de dématriçage.

L'apparence
Avec l’apparition du numérique en photographie, la qualité obtenue était telle que certains auteurs enthousiastes considéraient que 6 ou 12 millions de pixels suffisaient pour une photographie de qualité, leurs conclusions étaient liées à un format d’image final A4, A3… et non pas à la qualité du fichier brut original.
Beaucoup de techniciens et photographes ne partageaient pas ce point de vue, et comme en argentique les photographes professionnels restaient à l’affût, pour trouver un brut de grande qualité permettant la plus grande variété de traitement, de cadrage et agrandissements.
Un autre aspect sur lequel on a trop ou pas assez dit, est le phénomène de moiré et fausses couleurs. Sur ces dérives on a mis l’accent essentiellement sur le filtre passe-bas ou anti-aliasing pour en parler, en réduisant les fausses couleurs et moiré à un problème lié à l’interaction optique capteur, par contre peu d’information circule sur les algorithmes de dématriçage internes à l’appareil (. jpgs) ou propres aux logiciels de traitements, que par leurs limites peuvent générer ou amplifier ce type d’artefacts.

 

            


Dematriçage, à la recherche de la couleur inconnue
La matrice Bayer, cette belle invention qu’a permise la photographie couleur en une pose et avec un seul capteur, traîne derrière elle une multitude des problèmes lie à la disposition et la géométrie des pixels photoélectriques filtrés en Rouge Vert Bleu.
La sélectivité des filtres employés pour obtenir un bon rendu de l’ensemble des couleurs visibles (trichromie), est telle, que en général les pixels RVB sont sollicités de manière aléatoire et parfois à leurs limites photoélectriques (couleur du sujet)  (écart de luminances).
Voir 
Pour restituer une image la plus juste possible, les algorithmes de dématriçage, doivent  déduire  les couleurs à partir des intensités éléctriques de chaque pixel, mais aussi attribuer par interpolation la bonne couleur aux pixels contigus 
Voir.
Sur cette image obtenue avec une caméra industrielle de 2Mp on voit parfaitement la transformation des nuances de gris en couleurs, on remarque aussi les pixels orphelins que traînent si et la. Le logiciel de traitement d’image de cette caméra permet d’utiliser différents modes de dématriçage sur cet exemple on a simplement changé l’ordre de lecture des pixels du capteur, au lieu de faire B-V-V-R on a fait R-V-V-B, le résultat est surprenant, seul les tons neutres sont réspectés.
Voir 
Cet exemple montre à quel point tout est virtuel, et que la cohérence finale de nos images n’est rien d’autre qu’un grand équilibre entre grandeurs physiques (photon-électron) et leur lecture et interprétation dans cet ensemble appelé Numérisation.
Depuis l’avènement de la matrice Bayer, des dizaines d’algorithmes ont été proposées pour résoudre cette double inconnue, ( couleur du sujet - couleur des pixels contigus), que devient critique quand l’objectif fourni des détails lumineux et contrastés de taille équivalente ou inférieure à celle du pixel.
De plus, quand  des très hautes lumières, ou, la suractivité des tons clairs et ses infimes nuances cohabiten avec la sous-activité des pixels dans les tons sombres, la conversion analogique numérique et les mathématiques sont soumis à dure épreuve.
La profondeur d’analyse 12,14,16 bits sont indispensables au système pour conserver une certaine linéarité sur cette étendue que peut aller selon certains jusqu’à 15 IL.
Le dos Multiposes 200c de Hasselblad nous permettra d’aller au plus près de cette problématique, puisqu’il propose le deux dé-matriçages. Le Déductif et le Réel par déplacement mécanique du capteur en 4 ou 6 poses sur 16bits.

Pour illustrer nos propos sur l’apparence, et les limites des OCD les trois images ci-dessous (reunis en une seule) faites avec A7RII, D800e, et H5D-200c paraissent identiques dans ce format, mais une fois agrandies…
     

 
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Cet agrandissement au cœur des pixels, montre l’énorme dégradation du sujet provoqué par la matrice Bayer et son dématriçage. Même avec les algorithmes les plus récents la dégradation est très importante et montre les limites de déduction du système Bayer dans son ensemble.
Le dos multiposes avec le déplacement de tous les pixels vers un seul point d’exposition (superposition), permet non seulement d’améliorer la résolution et d’éviter le moirage, mais aussi et surtout de retrouver les vrais couleurs des détails infimes du sujet et offrir plus d’informations.
L’apparente et la vraie qualité de capture, sera toujours un sujet de discussions au boulevard, entre les partisans d’une qualité suffisante et ceux qui préfèrent le mieux possible. Dans tous les cas, les progrès technologiques permettant de faire mieux seront toujours une référence dans ces discussions.

L'ampleur 
Si on considère que tout sujet est infini, par sa richesse de détails, contrastes, couleurs… Et que tout système photographique est fini, c’est-à-dire limité par ces possibilités en dynamique saturation résolution… On sera toujours confronté au problème du mieux possible.
Pour mesurer et chiffrer ce mieux, les techniciens s’accordent sur des valeurs scientifiques tels qu’efficience quantique, résolution spatiale, sensibilité spectrale, profondeur d’analyse… Pour tous ces domaines technologiques que participent dans l’image numérique, il y a des grandeurs physiques et mathématiques que permettent aux techniciens de travailler avec une grande cohérence interdisciplinaire.
Malheureusement, pour nous les photographes, très souvent cette rigueur scientifique se transforme en langage de communication, qui nous informe sommairement des qualités et limites de nos appareils, et en général on apprend beaucoup sur les limites du matériel actuel quand les nouveaux modèles arrivent.
On s’égare, revenons à l’ampleur en termes de résolution par exemple. Une valeur encore utilisée pour quantifier la résolution d’un système ce sont les paires de lignes par mm ou Plmm, utilisées le plus souvent dans les bancs FTM de fabricants d'optiques. Des revues et magazines et même le fameux centre de standardisation ISO on a décliné ces lignes en mires noir et blanc servant à tester les optiques et capteurs notamment. 
Un des problèmes de la mire monochrome, est le peu d’information d'analyse qu’elle offre dans l’image finale, car des traits noir et blanc à fort contraste ne permettent pas  de faire un lien avec la résolution réelle des détails colorés vus par la matrice Bayer et son dématriceur.
Pour bien montrer les différentes résolutions en fonction de la couleur, nous avons créé plusieurs mires.

L'écusson de résolution 
Le module de résolution de la mire, ci-dessous, extrait au centre du tableaux de 120cm est un écusson multicouleur que permet de voir immédiatement les performances d’un OCD.
Les captures des deux 24x36 (A7RII, D800e) sont présentées à 200%, celle du 200c en 6 poses est à taille réelle.
 


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Quelle différence ! Le rendu du A7RII et ses 42Mp devient terne et flou à côté du 200c, le Nikon est plus saturé mais la résolution est aussi très faible, surtout dans le couple du haut Rouge-Bleu. La taille du capteur joue peu sur cette différence, nous avons fait des images avec le dos Hasselblad en une pose, on obtient un mieux visible par rapport au 24x36, mais rien à voir avec cette performance. Voila un des points que nous voulions éclaircir, l'ampleur de la résolution du système Hasselblad multi-poses face à des capteurs très performants mais limités par la matrice Bayer.  
   


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Ce module, extrait des prises de vues initiales, nous permet de faire le lien entre résolution d’un sujet monochrome et couleur mais aussi de voir la qualité de restitution des formes et couleurs des détails encore résolus par l’OCD.
En cliquant sur l’image ci-dessus on voit que les éléments en noir sont assez bien restitués par la matrice Bayer classique. Les traits de modules en gris ne permettent pas de départager clairement ces trois systèmes. Par contre sur les éléments en couleurs on s’aperçoit de la très forte dégradation et même disparition des détails. La destruction la plus forte est dans les rouges magentas de la colonne de droite, sur cette colonne, les éléments rouges de 1,5mm sont dénaturés à tel point qu’un point carré devient  rond ! Voir
Les éléments les plus fins de ce module font 0,5mm de base, cette finesse n’a rien d’extraordinaire par rapport aux plus fins détails contenus dans un tableau ou un objet manufacturé par exemple. 0,5 milimétres avec ces rapports de réduction équivalent à 27 et 33 Plmm ! 
Cette valeur  très faible par rapport au 70 Plmm mesurés avec une mire noir et blanc, montre à quel point la matrice Bayer descrimine la couleur.

En résumé on peut dire qu’une matrice Bayer de 5µ par pixel ne peut séparer ni restituer la chromie des détails de moins de 20µ. C’est seulement en superposant les pixels avec le mode multiposes qu’on restitue avec justesse cette finesse colorée.

Nous avons vu plusieurs  aspects de la grandeur possible d'un systéme photographique, desormais c'est sur les dégâts que nous portonts nos loupes. 

Dégâts
Ce mot très fort nous permettra de classer tous les phénomènes autres que les limites en résolution, nuances, chromie… Ici il s’agit de moirage, changements de couleurs, apparitions de formes inexistantes sur le sujet...
Ci-dessus trois images que encore une fois paraisent identiques, en survolant les images une loupe 200% aparait, sur les images faites avec le D800e et traité avec Capture One et Camera Raw.
Pour la troisiéme image obtenue avec le H5D-200c en 6 poses la loupe est à 100%.
 

 

Survolez les images

Avec ces images nous voulions intégrer la part du dématriceur dans le rendu final, au moment de l’analyse des images pour cet article nous sommes restés perplexes de voir qu’avec certains  OCB  il est impossible de photographier ce sujet.
Nous avons fait le même test avec le Sony  A7RII traité avec Capture One et les résultats sont encore très décevants. Même sur les images à 25% on voit la dégradation du sujet. 
Voir D800e-CameraRaw. Voir D800e-CaptureOne. Voir H5D-200c-Phocus.
 
La différence de rendu selon le dématriceur nous prouve que les choix des algorithmes sont differents et déterminants, surtout pour résoudre des situations extrêmes.
Les colorations mauves visibles sur le couple D800e-C-One sont irrégulières, très marquée au centre et presque invisibles sur les bords, ceci est du à la grande résolution de l’optique au centre de l’image et de son amoindrissement vers les bords. Capture One comme Camera Raw, ne sait quoi dire à partir d’une information trop fine, mais à la différence de Camera Raw, les calculs de Capture-One proposent une coloration inattendue que dans ce cas précis est très nuisible.

Pour conclure cette partie sur les dégâts, nous avons fait la même prise de vue mais en Raw et Jpg avec le A7RII. Ci-dessous les images traitées par Capture-One Camera Raw et le. jpg fourni par l’appareil à deux diaphragmes très différents par leurs rendus.
A f/4 le Macro Planar de 50mm a un excellent centre, et à f/16 la diffraction amoindrie fortement cette acuité au point de rendre tout très lisse. Pour rappel, ce que le 200c en 6 poses a vu.
      

 
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La lecture de ces images permet de voir plusieurs choses, d’une part à f/4 les artefacts et fausses couleurs sont très présents, de plus on voit les moutonnements de résonance entre la mire et la matrice prendre des formes et couleurs très différentes selon le traitement.  
À f/16 puisque l’objectif est très amoindri, les couleurs parasites disparaissent au même temps que les détails du sujet.
En photographie de textiles et tableaux par exemple, tout photographe sera dans l’impossibilité de choisir la résolution la plus élevé de son objectif. Inutile de dire que la suppression de ces couleurs parasites est irréalisable en postproduction.
Avant de conclure il faut parler de la différence entre 4 poses et 6 poses, puisque Hasselblad propose ces deux modes pour son dos 200c. La première remarque concerne la taille de fichier, car effectivement le poids du fichier et la taille finale d’agrandissement des 6 poses sont exceptionnels, l’interpolation obtenue par deux déplacements supplémentaires est superbe. Voir

X inconnues  = Chaos

Nous évoquions les multiples calculs effectués pour trouver la couleur du sujet et celle du pixel contigu en trichromie Bayer. Avec cette mire nous avons mis en évidence qu’en dessous d’une certaine taille, les détails n’ont plus d’identité, ainsi, par exemple, les points blancs de la mire se transforment et inondent des couleurs les traits noirs, générant un indésirable arc-en-ciel.
D’autre part les micro-éléments vraiment colorés, perdent leurs couleurs et deviennent fades et achromes.
En photographie esthétique ces dégradations passent inaperçues la plupart du temps, mais en photographie technique et de reproduction elles peuvent devenir un handicap.

Conclusion
Cette première partie sur l’état actuel de l’image numérique avec matrice Bayer accompagné du H5D-200c , nous montre que même la gravure de 5µ de capteurs actuels ne permet pas de résoudre l’ensemble des problèmes posé par la finesse du sujet.
D’autre part nous voulions saluer les techniciens de Hasselblad pour leur attachement à proposer un dématriçage à la source, et de permettre le dépassement de la technologie embarqué dans un capteur 50Mp.
Ce dépassement, encore plus visible avec le mode 6 poses, permet des images avec la plus grande quantité d’information possible avec ce type de capteur, ces images peuvent produire des tirages de 140cm de base à 300 ppp natifs, Belle prouesse!
Dans la deuxiéme partie nous verons : dynamique, nuances, bruit… Toujours sous le regard du H5D-200c

Remerciements à Franck Bernard de Hasselblad France et Fabrice Michaux du Moyen Format.

Tin Cuadra

Voir test du HC50mm f/3,5 II

 

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