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NOTIONS DE

SENSITOMETRIE ARGENTIQUE

ET

NUMERIQUE

La SENSITOMETRIE est l'étude des surfaces sensibles. Développée dès les années 30 par la société EASTMAN-KODAK, cette discipline technique est directement liée à l ’évolution de la prise de vue cinématographique et photographique. Son adaptation vers les techniques numériques d’aujourd’hui est à la fois logique et indispensable. La sensitométrie fait appel à une discipline particulière de la physique classique : la PHOTOMETRIE La PHOTOMETRIE est l'art de mesurer le rayonnement lumineux tel qu'il est ressenti par la vision humaine, et, par extension, l'étude quantitative de la transmission de ce rayonnement.

SENSITOMETRIE

GRANDEURS PHOTOMETRIQUES

On mesurera l’intensité d’une source, c’est-à-dire la quantité de lumière émise

par unité de temps

La CANDELA est l’intensité de lumière

émise par le filament de carbone de

certaines lampes étalons

conservées dans les laboratoires

nationaux de tous les pays.

Il n’existe pas d’unité mesurant la quantité de lumière émise par une source


Intensité = 1 CANDELA

(I = 1 Cd)

1 mètre

1 m²

Flux = 1 LUMEN

(ɸ = 1 Lm) Eclairement = 1 LUX

(E = 1 Lux)

Luminance = 1 CANDELA / METRE-CARRE

(L = 1 Cd/m²)

Lumination = 1 LUX . SECONDE

(H = 1 Lux.s)


1 mètre

1 m²

Eclairement = 1 LUX

(E = 1 Lux)

Grandeurs couramment utilisées en prise de vue :

Luminance = 1 CANDELA / METRE-CARRE

(L = 1 Cd/m²)

Cellule photoélectrique

Spotmètre

Journée ensoleillée à midi de 50 000 à 100 000 lux

Journée ensoleillée dans l'après-midi 35 000 lux

Ciel couvert 32 000 lux

Plateau de télévision 800 à 1 600 lux

Comptoir d'un grand magasin 500 à 700 lux

Guichet de gare 650 lux

Quai de station de métro 300 lux

Appartement, lampes domestiques 100 à 300 lux

Rue de nuit bien éclairée 20 à 100 lux

Lumière d'une bougie à 10 cm 10 lux

Pleine lune de 0.1 à 1 lux


Quelques valeurs d’éclairement moyennes :


Relation fondamentale entre l’éclairement produit par une source de lumière d’intensité donnée en fonction de la distance :

L’éclairement du sujet est proportionnel à l’intensité I de la source et inversement proportionnel au carré de la distance

séparant la source de l’objet.

E = I

D²

E = Éclairement (en Lux)

I = Intensité (en Cd)

D = Distance(en m)


D

2 x D

3 x D

E

E

E

4

9

E = I

D²

Transmission de la lumière par un matériau :

On appelle transmission (ou transmittance) d’un matériau le rapport :

T = IO

IT

Candela

Candela


IO

IT

Matière transparente


= IO

IT OP =

T

1

Opacité d’un matériau :

Candela

Candela

On appelle opacité d’un matériau l’inverse de la transmission, c’est-à-dire le rapport :

IO

IT



Densité :

On appelle densité D le logarithme de la transmittance :

D = log T = log = log IO - log IT

IO

IT

IO

IT


Log

10-16 0.0000000000000001 -16

10-15 0.000000000000001 -15

10-14 0.00000000000001 -14

10-13 0.0000000000001 -13

10-12 0.000000000001 -12

10-11 0.00000000001 -11

10-10 0.0000000001 -10

10-9 0.000000001 -9

10-8 0.00000001 -8

10-7 0.0000001 -7

10-6 0.000001 -6

10-5 0.00001 -5

10-4 0.0001 -4

10-3 0.001 -3

10-2 0.01 -2

10-1 0.1 -1

1 0

10 10 1

102 100 2

103 1000 3

104 10000 4

105 100000 5

106 1000000 6

107 10000000 7

108 100000000 8

109 1000000000 9

1010 10000000000 10

1011 100000000000 11

1012 1000000000000 12

1013 10000000000000 13

1014 100000000000000 14

1015 1000000000000000 15

1016 10000000000000000 16

Nombre

Échelle linéaire

-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

Échelle logarithmique

Log A + log B = log (A x B)

UTILISATION DES LOGARITHMES

Log A - log B = log (A / B)

1 10 100 1000

UTILISATION DES LOGARITHMES

Log H 0 1 2 3

D

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

Paramètres de la prise de vue

Ren

du

de

l’im

age

sur

le f

ilm d

ével

op

pé

SENSITOMETRIE DES FILMS NOIR ET BLANC

Courbe caractéristique « H & D » d’une émulsion:

Log H 0 1 2 3

D

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2



Zone de Sur-exposition

Log H 0 1 2 3

D

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

Partie rectiligne

Épaule

Pied

Seuil

Voile

ou Dmin

Densité

maximale

Solarisation

Zone de sous-exposition



SENSITOMETRIE DES FILMS NOIR ET BLANC SUJET


SENSITOMETRIE DES FILMS NOIR ET BLANC NEGATIF



0

D

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

Log H 0 1 2 3

Notion de Keylight ::

GRIS MOYEN KODAK

à 18 % K


0

D

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

Log H 0 1 2 3

Notion de Keylight ::

K

Visage caucasien

Un visage de type caucasien réfléchit davantage de lumière que le gris moyen à 18 % (environ 2/3 de diaphragme en plus par rapport au keylight)

Environ

25 %

Log H 0 1 2 3

D

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

g


Contraste ou « Gamma » d’une émulsion:

g = DD

DLogH

DD

DLogH

Le Gamma d’une émulsion est la tangente de l’angle g que forme la partie rectiligne de la courbe avec l’axe des logH

g

GRANDE LATITUDE DE POSE

Log H

D

g’ FAIBLE ECART DE DENSITES



g

FAIBLE LATITUDE DE POSE

Log H

D

GRAND ECART DE DENSITES



NEGATIF

POSITIF

PRINCIPE DE REPRODUCTION DES IMAGES PHOTOGRAPHIQUES


ISO

NUMERIQUE

ISO

ARGENTIQUEASA DIN WESTON SCHEINER GE GOST

16 16 / 13° 16 13 / 10 12 24° 20 15

20 20 / 14° 20 14 / 10 16 25° 24 18

25 25 / 15° 25 15 / 10 20 26° 32 22

32 32 / 16° 32 16 / 10 25 27° 40 29

40 40 / 17° 40 17 / 10 32 28° 48 36

50 50 / 18° 50 18 / 10 40 29° 64 45

64 64 / 19° 64 19 / 10 50 30° 80 59

80 80 / 20° 80 20 / 10 64 31° 100 70

100 100 / 21° 100 21 / 10 80 32° 125 90

125 125 / 22° 125 22 / 10 100 33° 150 115

160 160 / 23° 160 23 / 10 125 34° 200 144

200 200 / 24° 200 24 / 10 160 35° 250 180

250 250 / 25° 250 25 / 10 200 36° 300 230

320 320 / 26° 320 26 / 10 250 37° 400 270

400 400 / 27° 400 27 / 10 320 38° 500 350

500 500 / 28° 500 28 / 10 400 39°

640 640 / 29° 640 29 / 10 500 40°

800 800 / 30° 800 30 / 10 650 41°

1 000 1000 / 31° 1000 31 / 10 800 42°

1 280 1280 / 32° 1280 32 / 10 1000 43°

1 600 1600 / 33° 1600 33 / 10 1300 44°

2 000 2000 / 34° 2000 34 / 10 1600 45°

2 560 2560 / 35° 2560 35 / 10 2000 46°

3 200 3200 / 36° 3200 36 / 10 2600 47°

4 000 4000 / 37° 4000 37 / 10 3200 48°

5 120 5120 / 38° 5120 38 / 10 4000 49°

6 400 6400 / 39° 6400 39 / 10 5200 50°

8 000

10 240

12 800

16 000

20 480

25 600

32 000

40 960

51 200

64 000

81 920

102 400

128 000

163 840

204 800

256 000

327 680

409 600

512 000

655 360

819 200

UNITES ACTUELLES OU RECENTES ANCIENNES UNITES

MESURE DE LA SENSIBILITE

SENSITOMETRIE DES FILMS NOIR ET BLANC De nombreux systèmes de mesure de la sensibilité furent mis au point depuis l'invention de la photographie. 1880 - Création de la première échelle de sensibilité (Echelle WARNERKE) par l'ingénieur polonais Leon Warnerke.

1890 - Echelle H&D (Hurter and Driffield), du Suisse Ferdinand Hurter et de l'Anglais Vero Charles Driffield . Le système H&D fut officiellement accepté en URSS de 1928 à 1951, puis fut remplacé par le système GOST.

1894 - Echelle Scheiner, de l'astronome allemand Julius Scheiner.

1932 - Echelle Weston , développée par la firme Weston Electrical Instrument Corporation (USA), célèbre depuis 1932 pour la qualité de ses posemètres. L'échelle correspondante fut inventée par William Nelson Goodwin, Jr., qui travaillait chez Weston.

1934 - Le système DIN, du Deutsches Institut für Normung utilise une échelle logarithmique de raison 101/10, c'est-à-dire qu'une augmentation de 10 unités DIN correspond à une sensibilité multipliée par 10. Aussi, une augmentation de 3 DIN correspond presque exactement à une sensibilité doublée (103/10 ≈ 1.99526).

1937 - L'échelle GE (General Electric) était similaire à l'échelle Weston en 1937. GE commercialisait également des posemètres avec cette échelle. GE passa à l'échelle ASA en 1947.

1943 - L’échelle ASA qui est à l'origine de l'actuelle norme ISO. Elle a été définie par les organismes de normalisation américain (American Standards Association, ou ASA, devenu depuis American National Standards Institute, ou ANSI)

1951 - L’échelle GOST était une échelle arithmétique utilisée en URSS à partir de 1951, similaire à l'échelle ASA. Le 1er janvier 1987, l'échelle GOST fut réaligné sur l'ISO.

1974 - L'échelle ISO a remplacé l'échelle ASA et l'échelle DIN en les combinant. Par exemple, un film de « 21 DIN / 100 ASA » est devenu un film « ISO 100/21° ». Dans l'usage courant, la mention de la valeur DIN a été abandonnée, et on a simplement un film de « 100 ISO ».

Parmi l'ensemble des courbes caractéristiques de

l'émulsion (à chaque révélateur, température et temps de

développement correspond une courbe différente), on

choisira celle qui passe par les points A et B, définis

comme suit :

- A est le point tel que : dA = dMin + 0.1, où dMin est la

première densité distinguable du support de couchage

de l'émulsion

- B est un point tel que : log E(B) = log E(A) + 1.3 et dB = dA + 0.80 Il semble qu'on ne puisse trouver parmi l'ensemble des courbes caractéristiques qu'une seule courbe passant par A et B

(la zone centrale de la courbe est en général une droite).

On définit S, la sensibilité ISO, par S = 0.8 / E(A)


Sensibilité ISO de la pellicule noir et blanc


FILMS NOIR ET BLANC DISPONIBLES EN FRANCE

la sensibilité ISO est la mesure de la sensibilité à la lumière des pellicules destinées à la photographie. Elle est aujourd’hui étendue aux pellicules cinématographiques et aux capteurs numériques,


la sensibilité ISO est la mesure de la sensibilité à la lumière des pellicules destinées à la photographie. Elle est aujourd’hui étendue aux pellicules cinématographiques et aux capteurs numériques,


mais… il n’existe aucune norme, aucune standardisation pour les pellicules négatives et les capteurs numériques au cinéma !

MESURE DE LA SENSIBILITE PELLICULES DE PRISE DE VUE CINEMA

Indice d’exposition en lumière

tungstène sans filtre


du jour avec filtre Wratten 85

Le fabricant fournit un INDICE D’EXPOSITION (EI).

Cet indice donne une valeur de sensibilité que l’on peut utiliser avec un posemètre gradué en ASA, DIN ou ISO.

Mais cette valeur n’est qu’un point de départ à des essais de prise de vue réalisées par l’opérateur qui devront obligatoirement tenir compte :

- Du matériel caméra et objectifs utilisé. - Du sujet photographié. - Des conditions de tournage. - Du décor photographié. - Des sources d’éclairages utilisées. - Du maquillage utilisé sur les visages. - Du laboratoire choisi pour le développement - De la pellicule de tirage utilisée. - Du traitement numérique éventuel utilisé en

postproduction. - Etc… etc…



tungstène sans filtre


du jour avec filtre Wratten 85

Ces indices de doivent pas être pris comme des valeurs absolues de la sensibilité du film qui ne pourraient pas être modifiées même si les résultats répétés des tests montraient la nécessité de ce changement.

Au contraire, ils doivent être considérés comme des points de départ pour des essais utilisant une série d’exposition permettant de déterminer la sensibilité à afficher pour un équipement donné, une méthode de travail, etc…

Pour rappel, voici l’échelle des EI, graduée en tiers de diaphragme.

100 125 160 200 250 320 400 500 640 800 1000 1250 1600

La sensibilité est doublée entre chaque valeur en gras. L’échelle continue à diminuer en tendant vers 0, et à augmenter à droite sans limite.

Table d'exposition pour lumière incidente(Vitesse de défilement : 24 images / seconde)

Indices

de pose

ISO

16 1 600 3 200 6 400 12 500 25 000 50 000

20 1 250 2 500 5 000 10 000 20 000 40 000 80 000

25 1 000 2 000 4 000 8 000 16 000 32 000 64 000

32 800 1 600 3 200 6 400 12 500 25 000 50 000

40 600 1 250 2 500 5 000 10 000 20 000 40 000 80 000

50 500 1 000 2 000 4 000 8 000 16 000 32 000 64 000

64 400 800 1 600 3 200 6 400 12 500 25 000 50 000

80 320 640 1 250 2 500 5 000 10 000 20 000 40 000 80 000

100 250 500 1 000 2 000 4 000 8 000 16 000 32 000 64 000

125 200 400 800 1 600 3 200 6 400 12 500 25 000 50 000

160 160 320 640 1 250 2 500 5 000 10 000 20 000 40 000

200 125 250 500 1 000 2 000 4 000 8 000 16 000 32 000

250 100 200 400 800 1 600 3 200 6 400 12 500 25 000

320 80 160 320 640 1 250 2 500 5 000 10 000 20 000

400 64 125 250 500 1 000 2 000 4 000 8 000 16 000

500 50 100 200 400 800 1 600 3 200 6 400 12 500

640 40 80 160 320 640 1 250 2 500 5 000 10 000

800 32 64 125 250 500 1 000 2 000 4 000 8 000

1000 25 50 100 200 400 800 1 600 3 200 6 400

1280 20 40 80 160 320 640 1 250 2 500 5 000

1600 16 32 64 125 250 500 1 000 2 000 4 000

2000 13 25 50 100 200 400 800 1 600 3 200

1540 10 20 40 80 160 320 640 1 250 2 500

3200 8 16 32 64 125 250 500 1 000 2 000

4000 6 13 25 50 100 200 400 800 1 600

3080 5 10 20 40 80 160 320 625 1 250

6400 4 8 16 32 63 125 250 500 1 000

8000 3 6 13 25 50 100 200 400 800

6160 3 5 10 20 40 80 160 313 625

12800 2 4 8 16 31 63 125 250 500

16000 2 3 6 13 25 50 100 200 400

Nombre de lux requis

f/1.4 f/2 f/2.8 f/4 f/5.6 f/8 f/11 f/16 f/22CALCUL DE LA LUMIERE INCIDENTE NECESSAIRE POUR

UNE SENSIBILITE DE FILM ET UN DIAPHRAGME DONNE.

E = K x N²

S x t

E = Éclairement du sujet

N = ouverture relative du diaphragme

S = Sensibilité de l’émulsion en ISO

t = Temps d’exposition en 1/secondes

K = Constante :

. Si E est mesuré en lux

K = 265.7314


On dit également « sensibilité de base » d’un capteur

La norme ISO 1223213 définit plusieurs recommandations pour déterminer la sensibilité d’un capteur, mais aucune n’est obligatoire.

La méthode la plus courante est la méthode SOS (pour Standard output sensitivity)

SENSIBILITE ISO = 10 lux.s / HSOS

HSOS est l'exposition qui produit la valeur numérique 118 (soit 18 % de luminance) sur les pixels d'un fichier sRGB 8 bits (ou REC. 709)

MESURE DE LA SENSIBILITE SENSIBILITE NATIVE D’UN CAPTEUR NUMERIQUE

Toutefois une liberté totale est laissée au fabricant pour déterminer la sensibilité ISO de sa caméra.

MESURE DE LA SENSIBILITE SENSIBILITE NATIVE D’UN CAPTEUR NUMERIQUE

Pour déterminer la sensibilité native de son capteur, un fabricant peut se baser : - sur le bruit - sur la ressemblance avec l’image argentique ayant la même

sensibilité ISO, - sur le positionnement du gris à 18%... - Il peut aussi s’agir d’une sécurité supplémentaire prise par les

ingénieurs. (Si je construis un éclairage à partir de ma cellule réglée sur un ISO plus élevé, j’aurais besoin de moins de lumière, je vais alors poser mon image dans le bas de la courbe. Ainsi, je risque moins d’atteindre la valeur de saturation et écrêter le signal).

ISO

100 Appareils photo

200 CANON / NIKON

800 ARRI ALEXA / RED / PANASONIC

1250 SONY F5

2000 SONY F55 / F65

5000 PANASONIC VARICAM

Sensibilités native chez quelques fabricants :

NORME ISO ET CAPTEUR NUMERIQUE Une caméra numérique comporte un capteur constitué d'une matrice de photodiodes (capteurs analogiques), un amplificateur analogique, un convertisseur analogique-numérique et une chaîne de traitement numérique du signal. La sensibilité pour ces appareils est définie en tenant compte de toute la chaîne, du capteur au fichier final. Elle est facilement contrôlée en modifiant le gain de l'amplification analogique, voire, pour les sensibilités extrêmes, avec une amplification supplémentaire dans la chaîne numérique.

AMPLIFICATEUR ANALOGIQUE

Signal analogique CAN

AMPLIFICATEUR NUMERIQUE

Signal numérique

Signal numérique

Réglage de la sensibilité ISO

Sensibilité native = 200 ISO

NORME ISO ET CAPTEUR NUMERIQUE


il y a de grandes différences dans la sensibilité d'un appareil à l'autre. Les appareils à grand capteur sont nettement meilleurs que les compacts, chez lesquels les Fuji à Super CCD dominent nettement. La comparaison ci-dessus est faite à 1600 ISO : le grand capteur (bas gauche) produit nettement l'image la plus propre, devançant les Super CCD (droite) et le nouveau Exmor R de Sony (bas centre).

Il est impératif d’effectuer systématiquement un test de montée en sensibilité dans les tests de caméras ou d'appareils photo.



L’oscilloscope permet de quantifier et de qualifier le signal numérique. Sa latitude va de 0 à 763 mV. On écrête à 763 mV. La référence du noir est 20 mV.


Visualisation du bruit de fond électronique grâce à l’oscilloscope

REGLAGE DU GAIN

AMPLIFICATEUR ANALOGIQUE

Signal analogique CAN

AMPLIFICATEUR NUMERIQUE

Signal numérique

Signal numérique

Sensibilité native = 200 ISO

Réglage du gain Exprimé en dB (Décibel)

0 dB 3 dB 6 dB 9 dB 12 dB 15 dB 18 dB

Le gain est une amplification électronique du signal numérique.

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