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Démosaïquage Bayer versus capteur monochrome natif
Pourquoi supprimer le filtre matriciel de couleur améliore la résolution et la sensibilité d'un capteur numérique par rapport à la désaturation d'un fichier Bayer en niveaux de gris.
Publié en par Simon Lehmann Editor
Commençons par le chiffre, car toutes les autres affirmations de cet article y répondent. La profondeur de foyer totale au plan film est 2 x N x c, où N est le nombre f et c le cercle de confusion. Pour le 35mm, c vaut conventionnellement 0,03 mm. Un objectif à f/2 donne donc 0,12 mm de profondeur de foyer totale, soit +/-0,06 mm ; grand ouvert à f/1.4, la marge s’effondre à environ 0,084 mm, soit +/-0,042 mm. C’est environ la moitié du diamètre d’un cheveu humain, et c’est la cible que télémètre comme SLR doit atteindre à chaque image. Tout ce qui suit explique qui y parvient et comment chaque système échoue.
Un télémètre triangule. Deux fenêtres séparées par la longueur de base mécanique observent le sujet sous des angles légèrement différents. Une came couplée à l’hélicoïde de l’objectif fait pivoter un diviseur de faisceau afin qu’une image superposée dans une plage centrale se déplace horizontalement ; lorsque l’objectif est mis au point à la distance du sujet, les deux images coïncident. Le principe remonte au télémètre couplé à coïncidence d’image que Leitz a intégré au M3 en 1954.
La géométrie forme un triangle long et étroit, et son facteur limitant est l’œil. L’œil humain résout environ une minute d’arc, soit environ 0,0003 radian : c’est le plus petit désalignement angulaire entre les deux images que l’on puisse percevoir. Cette erreur angulaire fixe, projetée en retour à travers l’optique, devient une erreur de distance, que l’objectif convertit ensuite en défocalisation au plan film. Plus la base est large et plus la plage est agrandie, plus l’erreur de distance est faible pour un même flottement angulaire.
Cette triangulation est indépendante de l’objectif de prise de vue. Un télémètre effectue la mise au point d’un 21 mm et d’un 90 mm avec une précision mécanique identique, car la plage ne sait rien de l’objectif qui lui fait face. Le problème, c’est que la précision requise est radicalement différente entre ces deux focales, et que le télémètre n’a aucun moyen de le savoir non plus.
La longueur de base brute sous-estime la précision, car la plage est observée à travers un oculaire grossissant. Le chiffre qui gouverne les performances réelles est la longueur de base effective (LBE) : longueur de base mécanique multipliée par le grossissement du viseur. La fiche technique du Leica M-A (Typ 127) indique explicitement les trois valeurs : une base mécanique de 69,25 mm, un viseur à 0,72x et une LBE de 49,9 mm.
Le grossissement et la base jouent l’un contre l’autre, ce qui explique pourquoi la LBE — et non la base brute — est le chiffre à surveiller. En comparant des boîtiers construits sur la même base mécanique de 69,25 mm :
Le Voigtländer R3A illustre l’argument en sens inverse : un viseur à 1,0x, mais seulement 37 mm de base mécanique, soit une LBE de seulement 37 mm malgré la vue à grandeur nature. Une petite base derrière un fort grossissement perd face à une longue base derrière un grossissement modeste. Le M6 seul en est la preuve : remplacez son viseur 0,72x par le 0,85x et la LBE passe de 49,9 mm à environ 59 mm sur un matériel identique.
La LBE minimale nécessaire pour une mise au point précise est b' = (e x f^2) / (k x z), où e est l’acuité visuelle en radians (~0,0003), f est la focale, k est le nombre f et z est le cercle de confusion (0,03 mm). Deux termes font le travail : la LBE requise augmente avec le carré de la focale et diminue avec le nombre f. Les longues focales lumineuses sont pénalisantes sur ces deux points.
Illustrons par le calcul. Un 50 mm f/1.4 requiert environ (0,0003 x 50^2) / (1,4 x 0,03) = environ 18 mm de LBE, bien en dessous des 49,9 mm d’un boîtier M à 0,72x. Un 90 mm f/2 requiert (0,0003 x 90^2) / (2 x 0,03) = environ 40 mm, encore sous les 49,9 mm mais avec peu de marge dès lors qu’on tient compte d’un œil légèrement fatigué ou d’une plage qui n’est pas parfaitement alignée. Poussez jusqu’au 90 mm f/1.4 et l’exigence dépasse 57 mm, au-delà de ce que délivre un viseur 0,72x ; il vous faudrait les 63 mm du M3.
C’est la vraie raison pour laquelle la focale native la plus longue couplée au télémètre M est un 135 mm, jamais plus lumineux que f/2.8 plutôt que f/2. Le plus lumineux d’entre eux, le 135 mm f/2.8 Elmarit-M, était même livré avec un grossisseur permanent 1,5x sur le viseur, augmentant spécifiquement la base effective pour que cette ouverture reste honnête. L’optique d’un 135 mm lumineux n’est pas l’obstacle ; c’est le télémètre. Le terme f^2 signifie qu’un 135 mm a besoin de plus de sept fois la LBE d’un 50 mm à la même ouverture, et aucune base de télémètre 35 mm n’est assez longue pour tenir un modèle lumineux honnête.
Prenons un portrait buste sur HP5 Plus exposé à EI 400, un 90 mm f/2 grand ouvert, mise au point sur l’œil le plus proche. Deux choses distinctes doivent fonctionner. La profondeur de champ devant l’objectif détermine quelle partie du visage est acceptablement nette — les cils versus le sourcil ; c’est une propriété de l’optique et de la distance, identique sur les deux systèmes. Mais le fait que l’œil soit du tout net dépend de la question de savoir si l’erreur du système de mise au point reste dans la marge de +/-0,06 mm au plan film. Sur le télémètre, c’est le flottement angulaire de la plage projeté à travers une LBE de 49,9 mm, proche de sa limite à 90 mm f/2. Sur un SLR, vous observez ce plan exact sur un verre lumineux à f/2 et le confirmez directement. Même négatif, deux façons différentes de se tromper.
Un SLR contourne entièrement la triangulation en effectuant la mise au point sur un verre dépoli dont la surface mate se trouve à une longueur de trajet optiquement équivalente aux rails film, repliée là par le boîtier de miroir. Ce verre est rarement du simple verre dépoli ; il associe une surface mate à une lentille de champ de Fresnel qui uniformise la luminosité sur le cadre pour éviter l’assombrissement des coins. Comme vous jugez l’image projetée réelle, la précision s’adapte à l’objectif : un objectif plus lumineux et plus long projette un cône plus incliné et entre et sort de la zone de netteté de façon plus visible — c’est précisément le régime où le télémètre manque de base.
Les aides à la mise au point comportent un compromis de conception. Un coin de télémètre à image dédoublée ou un microprisme est taillé selon un angle de cône particulier : plus le coin est marqué, plus le déclic de mise au point est fort, mais plus grande est l’ouverture à laquelle il s’assombrit. Le verre standard à image dédoublée + microprisme, standard de fait sur les SLR 35 mm à mise au point manuelle des années 1980 et descendant du Nikon F de 1959, est conçu autour d’un cône d’environ f/4. À f/5.6, l’œil doit être précisément centré ou l’une des moitiés du dédoublement s’assombrit ; vers f/8 environ, une moitié est toujours noire et vous êtes renvoyé au collier dépoli ordinaire. Les concepteurs ne peuvent pas avoir à la fois un déclic franc et un verre qui fonctionne arrêté sur un objectif lent ; ils choisissent.
L’autre faiblesse native du télémètre est celle qui figure dans le titre de cet article. Parce que le viseur voit depuis le côté de l’objectif plutôt qu’à travers lui, les cadres lumineux se déplacent à mesure que vous faites la mise au point — c’est la tentative de correction de la parallaxe par l’appareil — et même corrigés, ils sont les moins précis à la distance minimale de mise au point, environ 0,7 m sur la plupart des boîtiers M. Le viseur ne vous montre ni le champ réel ni la profondeur de champ effective ; vous cadrez par approximation. Le SLR, qui partage un seul chemin optique, cadre exactement à n’importe quelle distance, y compris en macro.
Sous les deux systèmes se trouve la même variable cachée : une référence mécanique maintenue à environ 0,04 mm. Sur le télémètre, c’est la came, le galet et l’alignement vertical de la plage ; sur le SLR, c’est le repose-miroir, le siège du verre dépoli et la distance bride-film. Qu’elle soit incorrecte et la mise au point dérive invisiblement — ce qui est une affirmation mesurable, non rhétorique. Sur un 90 mm f/2 Summicron, une erreur de cale d’environ 0,04 mm consomme en pratique la totalité du budget de profondeur de foyer ; le Hexar RF, avec ses larges tolérances de bride et son court viseur 0,6x, est bien documenté pour dériver au-delà de l’infini dès que cette vis de réglage est légèrement décalée — c’est précisément la défaillance qu’un 90 mm lumineux punit le plus durement. La limite du télémètre est sa base fixe ; celle du SLR est sa dépendance à un verre lumineux et précisément installé. Les deux vivent ou meurent dans ce même +/-0,04 mm.
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