Imatest est un logiciel américain d'analyse d'image qui permet de réaliser une multitude de tests sur des optiques et des boîtiers. C'est en quelque sorte l'un, voire LE concurrent du frenchy DxO, avec qui nous travaillons depuis longtemps désormais, et sa solution DxOMark. Nous avons voulu voir ce qu'Imatest était capable de produire comme mesures, et avons réfléchi à une manière simple de les présenter pour qu'elles soient compréhensibles par le plus grand monde.

Nous avons donc décidé de tester dans notre laboratoire les optiques que nous avons en ce moment à la rédaction avec la charte SFRplus d'Imatest. Comme il est très difficile avec nos moyens d'isoler totalement les résultats de tests d'une optique de ceux de son boîtier, nous faisons le choix de tester si possible l'objectif sur l'appareil le plus pertinent — le plus exigeant en terme de capteur — en vertu de la philosophie (certes un peu réductrice) du "Qui peut le plus peut le moins." Pour nos tests, nous disposions donc de quatre boîtiers à capteurs 24x36mm : un Nikon D810 (36 Mpx) pour les optiques en monture F, un Canon EOS 5D Mk III (22 Mpx) pour les optiques en monture EF et un Sony Alpha 99 (24,3 Mpx) pour les optiques en monture A.
SFR plus
La charte SFRplus utilisée par Imatest pour toutes ses mesures de qualité d'image.

La charte SFRplus est composée d'un quadrillage de carrés en dégradé de gris et nois, légèrement incurvés. Cette unique charte permet d'effectuer un grand nombre de mesures : piqué, contraste, distorsion, sensibilité, etc. Chaque carré est une ROI (Region of Interest). Comme vous pouvez le constater, la charte n'est pas homothétique aux ratios de capteurs usuels, majoritairement en 3:2 ou 4:3. Ainsi, pour un capteur au ratio 3:2 par exemple, nous étudions en moyenne 40 ROI. Nous faisons le choix de découper l'ensemble de ces ROI en trois zones distinctes de l'image : le centre, les quatre coins et les côtés — en fait, tout ce qui n'est ni au centre, ni sur les coins extrêmes, et qui représente une grande zone ressemblant à un donut —, afin d'étudier le comportement optique dans chacune de ces régions. Ce choix a pour effets de lisser les éventuels défauts d'asymétrie d'une optique.

Imatest SFRplus, ROI

Afin de pouvoir nous adapter aux progrès des optiques — notamment dans le monde du bridge et du compact de voyage qui présentent des plages de focales toujours plus larges —, nous allons agrandir la longueur de notre laboratoire pour doubler le recul et travailler avec deux tailles de chartes. La scène test va grandir pour passer sur un format de 1,4 m de large. Nous utiliserons une charte SFRplus de même taille.

Pour les plus longues focales, nous nous focaliserons sur le centre de la nouvelle scène test qui intègrera des éléments de comparaison récurrents et nous utiliserons une charte SFRplus plus petite.

Scène test Focus Numérique, nouveau protocole de test Imatest avec chartes SFR+

Pour l'instant, nos premiers essais sont réalisés sur la petite charte SFRplus. Nous évitons donc de tester les grands-angles pour ne pas nous retrouver avec des distorsions trop importantes (distance de mise au point très courte).

Pour le piqué, notre analyse se base sur les résultats de mesure d'une MTF50 exprimés en cycles / pixels.

La MTF (Modulation Function Transfert - FMT ou fonction de transfert de modulation en français, ou encore SFR, pour Spatial Frequency Response), est une méthode de mesure qui permet de quantifier la manière dont un système photographique est capable de reproduire des différences de contraste.

Le principe est relativement simple. Nous "envoyons" un signal (une image) composé d'une alternance de contrastes noir-blanc de plus en plus rapprochés et on étudie la manière dont le système les reproduit. L'étude MTF consiste à analyser les différences de contraste sur des fréquences de plus en plus courtes et à déterminer à partir de quelle fréquence (exprimée en paire de lignes / mm ou cycle / mm) un cycle (passage d'une barre noire à une barre blanche) n'est plus différentiable. Dit autrement, nous photographions une succession de paires de bandes noires et blanches de plus en plus rapprochées et nous regardons ensuite à partir de quelle densité le couple capteur/objectif n'est plus capable de discerner le noir du blanc.

Étude MTF, comparaison de 3 signaux
Ici par exemple, le signal est représenté par le visuel A.
Le visuel B correspond à la reproduction du signal A par un système (boîtier + optique) dans une configuration donnée (distance de mise au point, grandissement, ouverture et zone de l'image).
Le visuel C correspond aussi à la reproduction du signal A par un autre système : moins performant !

Cette différenciation peut se faire visuellement ou bien grâce à des algorithmes pour une meilleure précision. L'expérience permet d'affirmer qu'une image est nette dès lors qu'un système est capable de reproduire des cycles dont la fréquence correspond à 50 % de la fréquence la plus faible du signal. Nous parlons alors de MTF50.

Étude MTF, diagrammes, représentation usuelle

Représentation traditionnelle des résultats d'une étude de MTF sur une optique. On dispose d'un graphique par ouverture, qui représente la MTF (en axe des ordonnées) correspondant aux fréquences 5, 10 et 20, paires de lignes par millimètre (équivalent à des cycles) en sagittal, et tangentiel en fonction de la zone de l'image (distance par rapport au centre sur l'axe des abscisses).

Nous avons donc effectué une étude MTF sur les 40 ROI de la charte SFRplus et extrait des moyennes par zones (centre, côtés et coins). Nous avons obtenu ainsi trois résultats pour les trois zones par configuration de système : focale / ouverture.

Nous représentons l'ensemble des résultats pour chaque trio focale / ouverture / zone. À noter que les résultats de mesures sont obtenus uniquement à partir des mesures tangentielles de MTF50 sur les différentes ROI. Nous aurions pu les représenter ces résultats en fréquence spatiale en cycle / mm. Pourtant, nous avons choisi de les représenter en cycle / pixel car plus proche de la réalité de la photographie numérique.

Pour rappel, un cycle correspond au passage d'une bande noire à une bande blanche. Pour notre système, l'idéal serait que 2 pixels soient nécessaires pour passer du noir au blanc, donc 0,5 cycle/pixel. Ce n'est bien entendu jamais le cas ; toutes nos valeurs sont donc inférieures. Pour faciliter la lecture du graphique, nous lui avons appliqué en fond un dégradé correspondant à trois zones de "qualité" : vert (très haute à haute qualité), jaune (qualité moyenne) et rouge (qualité médiocre à basse). Les seuils de ces 3 limites pourront faire l'objet d'ajustements futurs afin de mieux coller avec la réalité.

Nouveau protocole de test Imatest SFRplus, étude MTF 1

Ainsi, plus les trois courbes (qui correspondent aux trois zones) sont rapprochées, plus le piqué est homogène et plus ces courbes se rapprochent de 0,5, plus le piqué est élevé.

Nouveau protocole de test Imatest SFRplus, étude MTF 2

À noter qu'il s'agit bien ici de mesures et d'analyse qui ne prennent absolument pas en compte la sensation de netteté perçue par l'homme. Il faut donc pondérer les analyses par une observation des images de la scène test, réalisées dans les mêmes conditions que celle de la charte SFRplus.

De plus, des résultats bruts en tant que tels n'ont pas énormément de sens. Ils permettent d'avoir une première tendance sur ce que vaut le piqué de l'optique, mais sont plus pertinents dans une logique comparative à focale et taille de capteur équivalentes.

Par exemple, au premier coup d'œil, nous nous rendons bien compte que les deux optiques (le 50 mm et le 85 mm) ne se comportent pas du tout de la même manière. Le 85 mm est particulièrement homogène sur l'ensemble de l'image et surtout à toutes les ouvertures : les trois courbes se confondent presque et restent au même niveau de f/1,4 à f/22. Sur le 50 mm, il faut fermer à f/5,6 pour commencer à obtenir des images homogènes. De f/1,4 à f/5,6, il y a un fort écart de piqué entre le centre et les bords.

Que valent les valeurs ? Pas grand-chose en l'état : elles représentent des notions très abstraites. On le souligne de nouveau, elles ont surtout une valeur comparative.

Nous allons multiplier les essais dans les mois à venir avec différents couples objectifs/boîtiers afin d'affiner ce protocole pour vous proposer l'analyse de piqué la plus juste possible. C'est encore un work in progress !

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