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Chapitre 5 : caractéristiques sensitométriques des
émulsions mesurant le rendu des détails
1 Introduction
Les caractéristiques sensitométriques principales permettant d’analyser l’aptitude des
émulsions argentiques à enregistrer et à restituer le rendu des détails sont :
la granulation
la granularité
le pouvoir résolvant
la fonction de transfert de modulation (FTM)
l’acutance et la définition (netteté apparente)
2 Bruit de fond d’une émulsion
Lorsqu'on visionne des documents photographiques, on remarque, à une certaine
échelle de grossissement, des hétérogénéités non naturelles dans l’image.
Ces signaux parasites sont introduits par la structure granulaire de l’émulsion
photographique. Ils constituent le bruit de fond de l’image
L’hétérogénéité d’une image photographique
est apparente dès que l’image est agrandie 5 à
10 fois. Mais il faut en général un
grandissement linéaire d’au moins 20 fois pour
distinguer les grains individuels.
On
peut
étudier
le
phénomène
d’hétérogénéités sous deux aspects : subjectif
et objectif.
Le premier aspect, subjectif, correspond à la
granulation de l’image, le second aspect,
objectif, se mesure par la granularité de
l’image.
Bruit de fond du film Ilford
HP5 (grandissement 500×)
Exemples d’images sur émulsions à grain fin et à gros grain
3 Granulation de l’émulsion
3.1 définition et caractéristique
La granulation correspond à la sensation visuelle d’hétérogénéité des émulsions. C’est un
phénomène psycho-physique, qui correspond à une notion subjective.
En noir et blanc l’apparence de granulation n’est pas due aux grains eux-mêmes, mais à la
trame constituée par l’ensemble des grains et notamment à leur distribution spatiale
régulière.
Ainsi, lorsqu’on regarde une épreuve positive agrandie, c’est l’espace entre les grains que
l’on voit et non les grains eux-mêmes. En effet, tous les grains d’argent du négatif sont
parfaitement opaques, et la lumière qui impressionne le papier positif est donc celle qui a
traversé les espaces situés entre les grains du négatifs.
En couleur, les colorants se forment tout autour des grains d’argent ; après élimination de
ceux-ci, il reste donc des nuages de colorants qui ont plus ou moins diffusé autour des
emplacements des grains d’argent. La granulation vient principalement de la luminance
relative des trois colorants.
La granulation en couleur est essentiellement liée à la structure d’image magenta. En
effet, ce colorant absorbe la lumière dans le domaine spectral où l’œil est le plus sensible
(500 à 600 nm).
3.2 détermination expérimentale de la granulation
Même si la notion de granulation est subjective, on a pu mettre au point plusieurs
méthodes expérimentales qui permettent d’obtenir une échelle arbitraire de classement
des émulsions selon leur granulation ou bien des classements relatifs des différents
échantillons.
Trois méthodes sont utilisées :
la méthode à grandissement variable pour établir une échelle arbitraire
la méthode à distance variable aboutissant à un classement relatif
la méthode comparative par paires aboutissant aussi à un classement relatif.
3.2.1 Méthode à grandissement variable (aboutissant à une échelle)
En 1951, Jones et Higgins ont mis au point un appareil de projection à « grandissement
variable ».
C’est un projecteur qui forme une image nette de l’échantillon à mesurer sur un écran
translucide.
L’appareil est assez imposant (8 × 3 mètres au sol). L’opérateur est placé à deux mètres de
l’écran.
Une fois l’échantillon en place dans le projecteur, l’appareil projette automatiquement cet
échantillon à des grandissements différents qui sont préprogrammés pour éviter que
l’observateur ne soit influencé.
Par exemple, on préprogramme une douzaine de positions et on réalise 100 mesures dans
un ordre aléatoire.
L’observateur indique à chaque fois s’il perçoit la granulation de l’image.
Pour un certain grandissement on obtient 50% de réponses affirmatives et 50% de
réponses négatives ; c’est le grandissement dit de confusion, noté M.
On calcule ensuite l’indice de granulation G par la formule :
1000
G=
M
On obtient généralement des valeurs de G comprises entre 75 et 150.
3.2.2 Méthode à distance variable (aboutissant à un classement)
Cette méthode est beaucoup plus facile à mettre en œuvre que la précédente ; toutefois elle
ne permet pas d’obtenir une échelle chiffrée mais elle permet d’établir un classement relatif
des échantillons selon leur granulation.
On réalise des tirages photographiques des différents films à évaluer.
Pour que les comparaisons soient valables, il faut que les grandissements et les
caractéristiques sensitométriques des images soient identiques.
D’autre part, il ne faut pas être perturbé par des modulations images dues aux détails réels
de l’image, aussi tire-t-on des images de plages de gris uniformes.
On développe et on tire des positifs dans les mêmes conditions des échantillons de films.
Par exemple, on choisit un grandissement linéaire de 30 ×, des négatifs de densités
uniformes égales à 0,80, les films étant tous développés à un γ de 0,65, et les tirages sont
réalisés sur un seul type et grade de papier et présentent tous la même densité positive (par
exemple 0,60).
Ensuite on présente à l’observateur les tirages en faisant varier la distance d’observation.
L’observateur juge la distance à partir de laquelle il ne perçoit plus l’aspect hétérogène du
tirage. C’est la distance de confusion.
L’expérience doit être menée avec certaines précautions. Il faut :
que l’éclairement sur le tirage reste constant, quelle que soit la distance (un niveau de
600 à 1000 lux est idéal)
présenter plusieurs fois le même échantillon pour valider les résultats
réaliser l’expérience avec au moins trois observateurs différents
utiliser plusieurs échantillons de tirages en provenance d’un même type de film.
À la fin de l’expérience, on calcule la moyenne des résultats pour obtenir la distance de
confusion moyenne.
Le classement relatif s’effectue à la distance de confusion. Plus celle-ci est grande, plus la
granulation est forte.
Dans les conditions expérimentales citées, on obtient des distances de confusion variant
entre 2 et 4 mètres pour les films les plus courants.
3.2.3 Méthode comparative par paire (aboutissant à un classement)
Cette méthode est préconisée dans la norme américaine ANSI PH4-14-1979 « Method for
the evaluation of developers with respect to graininess of pictorial black and white films and
plates ».
Le but de ces essais normalisés est de comparer les performances d’un révélateur
quelconque par rapport aux performances d’un révélateur test de référence précisé dans la
norme , la comparaison portant sur le plan de la granulation.
Comme dans la méthode précédente, on utilise des négatifs présentant des caractéristiques
sensitométriques identiques. En l’occurrence, rapport de contraste γ de 0,62 et densité de
0,80 (à ± 0,05).
Puis on réalise des tirages de ces documents avec un grandissement linéaire de 20×. Ces
positifs sont réalisés sur un seul type de papier (grade 2 ou 3) et présentent des densités de
0,50 (à ± 0,05).
On réalise plusieurs tirages de chaque négatif en modifiant à chaque fois les réglages de
mise au point pour obtenir des résultats optimums.
À la fin du tirage, on garde les 3 meilleurs échantillons de chaque série.
Soient T1, T2, T3 les échantillons développés dans le révélateur test de référence et R1, R2, R3
les échantillons correspondant au révélateur à étudier.
Les jugements des échantillons par les observateurs sont faits avec un éclairement de 1 000
lux.
On présente les échantillons aux juges paire après paire, et on juge à chaque paire
l’échantillon le moins granuleux en lui attribuant la note +1.
On présente les paires successives avec le cycle suivant :
T2 et R3 ; R1 et T1 ; T3 et R2 ; T1 et R3 ; R1 et T1 ; R2 et T1 ; T3 et R1 ; T2 et R2 ; R3 et T3
(soit 9 comparaisons).
On répète le cycle trois fois avec trois juges différents (soit 27 comparaisons).
Bien entendu les échantillons sont repérés au dos et les juges ne connaissent pas le cycle.
À la fin, on totalise le nombre de points obtenus dans chaque colonne R ou T.
Le révélateur est qualifié de « grain fin » si son score est supérieur à 15.
Cette méthode, bien que de portée limitée, est intéressante pour des comparaisons
relatives.
3.3 facteurs de variation de la granulation
la granulation varie selon le film
Par exemple, des mesures d’indice de
granulation réalisées sur des films noir et
blanc montrent que la granulation
augmente avec la rapidité (c’est-à-dire la
sensibilité ISO) du film pour un même
niveau de densité.
la granulation varie selon les conditions de traitement
la granulation varie, pour un même film, avec le niveau de densité
Cette variation s’explique à la fois par la diminution de la perception des contrastes aux faibles
luminances et par la transformation de la trame des films en fonction du niveau de densité.
En effet, dans la zone de lumination et de densités correspondant au pied de la courbe
caractéristique du film, seuls les plus gros grains ont été rendus développables car ils sont les
plus sensibles. Ils forment une trame relativement grossière et donc très apparente à l’œil.
À l’inverse, dans la partie rectiligne de la courbe, la trame est déjà plus fine (car sont présents
les gros grains et les grains de moyenne grosseur).
Enfin, dans l’épaule de la courbe, tous les grains sont présents, les plus gros, les moyens, et les
petits. C’est là que la trame est la plus fine.
4 Granularité de l’émulsion
Contrairement aux mesures de granulation, les mesures de granularité sont objectives
puisqu’elles évaluent la structure de l'image à partir de mesures physiques.
L'exploration spatiale, à l'aide d'un microdensitomètre, d'une plage de densité optique
uniforme (par exemple, une densité de 1) permet d'obtenir une trace densitométrique
correspondant aux fluctuations de transparence qui sont provoquées par les grains euxmêmes.
La granularité mesure les fluctuations de transparence d’un film provoquées par la
structure granulaire de son émulsion. C’est une grandeur objective, physiquement
mesurable.
Si le diamètre d'exploration est suffisamment grand par rapport aux grains (par exemple,
un diamètre de 48 µm en pratique), la distribution des fluctuations de transparence est
gaussienne.
D'où l'idée de caractériser la granularité par la déviation standard σ de la distribution.
4.1 détermination expérimentale et définition de la granularité
On utilise un microdensitomètre, c’est-à-dire un densitomètre capable de mesurer les
caractéristiques photométriques (les densités optiques) de plages physiquement très
petites.
Lorsqu’on explore une plage de film uniformément exposée (et donc d’une densité qui
devrait être uniforme) avec un tel appareil, on obtient une trace microdensitométrique
du type :
À partir de cette expérience de base, de nombreuses recherches furent menées.
Ainsi, on a rapidement démontré l’importance du diamètre physique d’exploration du
microdensitomètre.
Si le diamètre du faisceau est voisin de la dimension des grains, on obtient des fluctuations
maximums.
Plus on agrandit le diamètre de la tache d’exploration, plus ces fluctuations diminuent.
D’autres facteurs interviennent, notamment les caractéristiques
microdensitomètre (nature et caractéristiques de la lumière test, etc.).
optiques
du
On utilise par exemple un diamètre de 48 µm en pratique.
Toutes ces études ont été menées principalement par Jones, Higgins et Stulz aux EtatsUnis, mais c’est Selwyn qui démontra que pour peu que le diamètre d’exploration soit
suffisamment grand, la distribution des fluctuations des transparences est gaussienne
(distribution normale) ainsi que la distribution des densités correspondantes.
Comme on caractérise une telle distribution principalement par son écart type σ(D), Selwyn
proposa comme expression de la granularité g :
g = σ ( D ). 2a
où a désigne l’aire de la surface d’exploration du faisceau du microdensitomètre.
Par définition, l’écart-type σ(D) est égal à la racine carrée de la moyenne des carrés des
écarts de densités autour de la valeur moyenne D0.
σ ( D) =
D2 − D
2
=
D 2 − D0 2
On utilise souvent le sigle RMS pour σ(D), ce qui correspond à Root-mean square (of
deviation).
L'échelle « RMS Granularity » correspond à σ × 103 et le chiffre donné par les fabricants
est souvent la valeur RMS × 103.
Comme on obtient des chiffres de RMS × 103 de l’ordre de quelques dizaines, on voit que
l’ordre de grandeur des fluctuations de densité mesurées est bien de l’ordre du millionième,
d’où l’utilité d’un microdensitomètre pour les relever.
Plus le chiffre de granularité RMS est grand, plus l’émulsion présente d’écarts de densités
autour de la moyenne, et donc un caractère granulaire.
Un exemple : granularités RMS du film noir et blanc le plus utilisé en
astrophotographie, le TP 2415 (Kodak), pour deux procédures de développement.
Remarques :
Selon l’échelle de granularité RMS, les seuils de perception subjective d'une différence
de granulation entre deux échantillons varient en fonction de la complexité des images
observées.
Ainsi, le seuil perceptible de granulation ou JND (Just Noticable Difference) correspond à
un écart de granulation de 6% pour des plages uniformes et de 30% pour des scènes
complexes.
Comme la granulation, la granularité varie en fonction de la densité de la plage
mesurée. Généralement, les granularités RMS sont mesurées pour des niveaux de densité
fixés précisés dans les protocoles expérimentaux. Plus rarement, elles sont exprimées en
fonction du niveau de densité du film.
Depuis le milieu des années 1990, certains émulsionneurs expriment σ avec un chiffre
décimal significatif, ce qui affine l'échelle.
Cette dernière, dans sa forme originelle (avec des nombres entiers), ne permet plus de
classifier les films dans la mesure ou les grains ont sérieusement diminué de taille depuis
lors. En effet, tous les négatifs actuels en couleurs, d'une sensibilité située entre 50 et
400 ISO, sont accrédités d'un même indice RMS × 103 qui est égal à 4.
Aussi la norme ISO 10505 préconise-t-elle une échelle à trois chiffres significatifs qui
devrait rendre toute sa valeur au système.
4.2 facteurs de variation de la granularité et normalisation
Comme pour la granulation les conditions opératoires et le niveau de densité moyen choisi
font fluctuer la granularité. Les conditions de traitement ne sont pas négligeables non plus.
Une normalisation est donc nécessaire !
En fait, il est souhaitable de fixer les conditions géométriques et spectrales de la mesure et
de préciser les conditions de traitement. Ceci permettra aux utilisateurs de comparer les
produits, comme on peut le faire pour les sensibilités des émulsions.
4.3 Quelques exemples pour des films Kodak :
Pellicule négative noir et blanc Eastman Plus-X
(16 ou 35 mm)
Pellicule inversible noir et blanc Kodak Tri-X
(16 mm)
Kodak Vision3 500T Color, pellicule
négative couleur
Kodak Ektachrome 64T Color,
pellicule inversible couleur
5 Pouvoir résolvant
Le pouvoir résolvant ou pouvoir séparateur d’une émulsion photographique mesure sa
capacité d’enregistrer et de restituer en image des détails géométriques très petits.
Habituellement, le pouvoir résolvant est exprimé en cycles/mm ou nombre de traits/mm
(ou encore de paires de traits /mm).
Pendant longtemps, ce fut la seule mesure réalisée pour caractériser le rendu en détail
des surfaces photosensibles photographiques.
La seule norme existante relative au pouvoir résolvant des émulsions est la norme
américaine ANSI PH2-33-1976 « Method of determining the resolving power of
photographic materials ».
5.1 détermination expérimentale du pouvoir résolvant
On utilise comme sujet une mire en créneaux, c’est-à-dire
une mire constituée par des traits noirs sur fond blanc (ou
l’inverse).
Ces mires peuvent être opaques et éclairées par réflexion,
ou transparentes et éclairées par transmission.
5.1.1 Caractéristiques des mires
Généralement, la largeur des traits noirs est identique à celle des traits blancs (ou
transparents). La mire est caractérisée par sa fréquence, c’est-à-dire son nombre de traits/mm
(ou son nombre de cycles/mm) ou encore son pas p (qui correspond à la longueur d’un trait ou
d’un cycle)
Une autre caractéristique importante de la mire est son contraste qui correspond au rapport
des luminances entre les traits noirs et les traits blancs ou transparents.
En pratique on utilise des mires de haut contraste (souvent 1000:1) et des mires de faible
contraste (en général 1,6:1).
Enfin, ces mires peuvent avoir des formes géométriques différentes. En sensitométrie, on
utilise plutôt des mires de COBB que des mires de Foucault.
5.1.2 Enregistrement des images des mires sur les films
On peut impressionner le film de deux manières, soit par contact, soit à l’aide d’un
système optique de prise de vue. Chaque méthode présente des avantages et des
inconvénients.
Les films couleurs sont exposés à une température de couleur correspondant à celle de
leur équilibre. Les films noir et blanc le sont en général avec des températures de couleur
variant entre 2800 K et 3200 K.
Pour l’enregistrement par contact, on utilise une mire transparente. Il faut utiliser une
source de lumière ponctuelle pour éviter les phénomènes de pénombre entre les traits et
il faut assurer un contact parfait entre le film et la mire. On emploie donc un châssis
contact sous vide.
La mire doit être très performante pour pouvoir contrôler les films modernes. Ainsi, par
exemple, la mire Gurley type USAF a une fréquence minimum de 225 cycles/mm. Elle est
fabriquée par dépôt métallique sous vide sur une plaque de verre optique.
Avec ce dispositif, on n’est perturbé par aucune optique mais on est limité par la
fréquence minimum de la mire.
Pour l’enregistrement à l’aide d’un objectif de prise de vue, on n’utilise pas du
matériel classique de prise de vue, qui serait trop peu performant. On emploie un
microscope inversé avec des objectifs spéciaux et un châssis film à dépression.
La norme américaine préconise d’utiliser des optiques dont le pouvoir résolvant (cf.
cours d’optique photographique) varie suivant les focales utilisées de 1700 à 900
cycles/mm pour une mire haut contraste et de 900 à 600 cycles/mm pour la mire à
faible contraste.
On réalise plusieurs essais lors des enregistrements, avec des réglages de mise au point
différents, répartis autour de la position normale.
Avec cette méthode, on n’est plus limité par le pas minimum de la mire, par contre on
est perturbé par le pouvoir résolvant de l’optique.
5.1.3 Lecture et évaluation des images de la mire
On évalue les résultats à l’aide d’un microscope optique.
L’opérateur doit déterminer le dernier élément de la mire où il peut discerner les barres de
celle-ci, et les compter.
Le grossissement à utiliser sur le microscope doit être situé entre 0,5× et 1× la valeur du
pouvoir résolvant pour assurer la lecture dans de bonnes conditions. En pratique, pour lire
les films courants de prise de vue, on utilise un grossissement de 40×.
Ce mode d’évaluation, assez subjectif, pose quelques problèmes de jugement et de
« raisonnable confiance » dans les résultats annoncés. Si l’on veut faire les choses
sérieusement, il faut avoir des observateurs expérimentés et se livrer à une analyse
statistique des résultats.
Par définition, le pouvoir résolvant P.R. ou R est l’inverse du dernier pas de la mire que
l’observateur peut discerner :
P.R. = R =
1
(en cycles/mm)
paslimite
5.2 classification des émulsions selon le pouvoir résolvant
Le résultat final s’annonce avec un seul nombre, par exemple 110 cycles/mm.
Souvent ce nombre est commenté d’une appellation. La norme ANSI ne propose pas de
classification des appellations. Les appellations les plus courantes sont celles proposées
dans la classification Kodak :
Un exemple : le pouvoir résolvant du film le plus utilisé en astrophotographie, le
TP 2415 (Kodak)
5.3 facteurs de variation du pouvoir résolvant
le pouvoir résolvant varie avec l’exposition :
la résolution est optimale pour une certaine
valeur d’exposition.
Aussi, lors des essais, on réalise toujours une
série d’expositions pour encadrer la pose
normale et l’on repère à l’aide de la courbe
d’évolution le pouvoir résolvant maximum.
C’est lui qui est annoncé par le fabricant.
le pouvoir résolvant varie avec la nature de la lumière : le pouvoir résolvant décroît
généralement lorsque la longueur d’onde d’exposition augmente.
Ceci est dû à la plus grande absorption par l’émulsion des radiations UV et bleues. D’où la
nécessité de définir les conditions qualitatives, par exemple la température de couleur.
le pouvoir résolvant varie avec le contraste de la mire : le pouvoir résolvant dépend
évidemment du contraste de la mire. Plus celui-ci est important, meilleur est le résultat.
On a en première approximation :
 1
R = Ri 1 − 
 C
où C est le contraste de la mire et Ri le pouvoir résolvant du film pour une mire idéale de
contraste infini.
En pratique, on constate qu’au-delà de C=1000:1, le pouvoir résolvant se stabilise à sa
valeur maximale. Aussi, la norme américaine préconise-t-elle l’utilisation de trois
valeurs et appellations :
le pouvoir résolvant haut contraste
le pouvoir résolvant faible contraste
le pouvoir résolvant standard (égal au pouvoir résolvant haut contraste)
La plupart des fabricants parlent de « pouvoir résolvant » en indiquant les résultats
obtenus avec une mire très contrastée, ce qui est bien sûr plus commercial, mais
regrettable, car les pouvoirs résolvants à faible contraste donnent une indication plus
réaliste des performances photographiques courantes. Il est en effet rare en prise de vue
classique que les fréquences spatiales élevées présentent un contraste de 1000:1 par
rapport aux objets situés en fond.
le pouvoir résolvant varie selon les conditions de traitement : si le pouvoir résolvant
dépend surtout des conditions d’exposition, il n’est pas insensible à celles de traitement,
notamment au type de révélateur employé et au temps de développement.
5.4 Insuffisances de la notion de pouvoir résolvant
Les limites du pouvoir résolvant sont liées à de nombreux éléments :
les facteurs de variation sont importants
on peut regretter l’absence d’une normalisation internationale, qui fixerait les conditions
opératoires, ce qui permettrait de réaliser des comparaisons effectives.
il y a parfois des confusions entre traits/mm, paires de traits/mm et cycles/mm, les deux
dernières appellations correspondant à une fréquence spatiale double de la première.
subjectivité du jugement des échantillons, qui entraîne une incertitude dans les résultats.
mais surtout…
le pouvoir résolvant indique une frontière entre les fréquences spatiales restituées et celles
qui ne le sont pas. Mais il ne mesure pas l’évolution du rendu des détails du film, pour les
fréquences spatiales plus faibles.
5.5 quelques exemples, pour des films photographiques négatifs Fuji et Agfa
Fujicolor Superia X-Tra 400
(négatif)
Agfacolor Optima 400
(négatif)
5.6 Valeurs typiques du pouvoir résolvant des films photographiques
Film négatif couleur
PR contraste 1,6:1
PR contraste 1000:1
Fuji Pro 160S
63
125
Agfa Ultra 100
60
140
Fuji Reala 100
63
140
Fuji Superia 100
63
125
Agfa Vista 100
60
130
Agfa Vista 400
50
130
Fuji Press/Superia 400
50
125
Konica Centuria Pro 400
50
100
Fuji Press/Superia 1600
45
90
Film n/b
PR contraste 1,6:1
PR contraste 1000:1
T-Max 100
63
200
Fuji Neopan 100
60
200
Ilford XP2
50
125
Tri-X 400
50
100
T-Max 400
50
125
Film inversible
PR contraste 1,6:1
PR contraste 1000:1
Fuji Astia 100F
60
140
Fuji Provia 100F
60
140
Kodachrome 64
63
100
Agfa RSX 100
50
130
Fuji Provia 400X
55
135
Ektachrome 100
50
100
Kodachrome 200
50
100
Ektachrome P1600
63
80
Fuji Provia 1600
40
100
6 Fonction de transfert de modulation (FTM) des émulsions
6.1 définition de la fonction de transfert de modulation
C’est à partir du constat des insuffisances du pouvoir résolvant que s’est élaborée la notion
de fonction de transfert de modulation.
La fonction de transfert de modulation (FTM) correspond à la relation fonctionnelle entre le
facteur de transfert de modulation (FTMP) et la fréquence spatiale de celui-ci.
Le facteur de transfert de modulation photographique (FTMP) est défini, pour une
fréquence spatiale donnée, comme étant le rapport entre la modulation apparente de
l’exposition au sein de l’émulsion et la modulation réelle incidente sur la surface de
l’émulsion.
Exemple : le Provia 100F de Fuji
Le facteur de transfert de modulation vaut
50% pour une fréquence de 42 cycles/mm.
Le pouvoir résolvant de ce film est de 60
cycles/mm pour une mire de contraste
1,6:1 et de 140 cycles/mm pour la mire de
contraste 1000:1.
L’image ci-dessous représente au-dessus
l’image d’une mire sinusoïdale dont la
fréquence varie de 2 à 200 cycles/mm : la
partie supérieure ne présente pas de perte
de contraste, la moitié inférieure
représente la FTM du Provia 100F, où le
contraste diminue progressivement (il a
diminué de moitié à la fréquence de 42
cycles/mm).
Précisons…
La modulation apparente est :
M0 =
H max − H min
H max + H min
où H1 est la lumination actinique minimum et H2 la lumination actinique maximum, et la
modulation incidente est :
M1 =
Emax − Emin
Emax + Emin
où E1 est l’éclairement incident minimum et E2 l’éclairement incident maximum.
On a donc pour le Facteur Transfert de Modulation Photographique (F.T.M.P.) l’expression :
F .T .M .P. =
M0
M1
et pour la Fonction de Transfert de Modulation (FTM), la définition fonctionnelle :
M0
FTM :ν (cycles/mm) → F .T .M .P. =
M1
6.2 Détermination expérimentale
En pratique, on peut utiliser plusieurs modes opératoires. Cependant, la méthode la plus
simple à mettre en œuvre est celle préconisée dans la norme américaine ANSI PH2-391977 « Method of measuring the photographic modulation transfert function of
continuous tone, Black and White photographic films ». Aussi, nous allons utiliser les
recommandations de cette norme pour décrire le mode opératoire.
6.2.1 Caractéristiques des mires
On utilise comme sujet non plus des mires formées de traits noirs sur fond blanc
(comme pour le pouvoir résolvant), mais plusieurs mires à modulations sinusoïdales, de
fréquences spatiales différentes. La transmittance ou la réflectance de ces mires varie
donc de manière sinusoïdale.
Remarque : on peut aussi utiliser directement une seule mire à modulation de fréquence
sinusoïdale, dont la fréquence spatiale augmente selon la distance sur la mire :
6.2.2 Enregistrement des images sur le film
On pourrait toujours procéder par contact pour enregistrer l’image, mais on va plutôt
l’enregistrer à l’aide d’une optique.
Selon la norme ANSI, on utilise généralement un banc optique avec un objectif très
performant. La norme suggère un Carl Zeiss Planapochromat (4×). On règle le
grandissement pour obtenir des fréquences spatiales désirées sur le film. Les fréquences
suggérées sont :
1,25 / 1,6 / 2,5 / 4,0 / 6,3 / 10 / 16 / 25 / 40 / 63 / 100 / 160 / 200 cycles/mm
Les mires sont éclairées à la température de couleur d’équilibre du film (3200 K ou 5500 K),
l’éclairement de la mire doit rester dans des limites d’uniformité de ±4% par rapport au
centre du champ.
L’éclairement réel reçu par le film
exposé à la mire éclairée via l’optique
varie aussi sinusoïdalement entre Emax
et Emin :
6.2.3 calibration des éclairements
Avant la prise de vue, on utilise un photomètre électronique pour mesurer les éclairements
de l’image, au travers de l’optique de prise de vue, dans le plan du film.
L’ouverture d’exploration du photomètre est un rectangle vertical (1 micron × 0,5mm).
On réalise plusieurs mesures jusqu’à l’obtention de l’amplitude maximale et de l’amplitude
minimale, on est alors dans le plan de mise au point exact.
La mesure de Emin et Emax (éclairements incidents minimum et maximum) permet de calculer
la modulation incidente réelle que le film recevra lors de l’exposition :
Emax − Emin
M1 =
Emax + Emin
6.2.4 exposition et traitement du film
On utilise des temps d’obturation proches ou identiques à ceux utilisés en pratique normale
du film à essayer.
L’exposition est calibrée pour obtenir sur le film une densité diffuse de 0,6 (à ±0,05) pour la
lumination incidente moyenne de la fréquence spatiale la plus faible.
On peut utiliser n’importe quel système et produits de traitement, à condition de le
spécifier dans le résultat.
6.2.5 Mesure des images
On mesure les images avec un microdensitomètre dont la sensibilité spectrale est
identique à celle de l’œil.
La surface d’exploration est bien sûr rectangulaire (1×75 microns).
L’opération doit être menée avec précaution.
On réalise notamment plusieurs mesures pour obtenir le maximum d’amplitude pour les
densités enregistrées, ce qui correspond à l’alignement exact de la fente d’exploration
par rapport à la modulation incidente de lumière produite par la mire.
6.2.6 traitement des résultats
Préalablement à l’enregistrement des mires, il convient d’exposer aussi le film avec des
luminations uniformes mesurées, et de tracer la courbe caractéristique de réponse du film
(D en fonction de H), les densités étant mesurées au microdensitomètre. Cette courbe va
permettre de convertir les densités images enregistrées par le film en lumination actinique.
Ainsi, on détermine Hmin et Hmax, c’est-à-dire les luminations réelles minimum et maximum
et on peut calculer la modulation apparente d’exposition :
M0 =
H max − H min
H max + H min
Pour chaque fréquence spatiale, on peut ainsi calculer le facteur de transfert de
modulation photographique :
M
F .T .M .P. = 0
M1
Voici quelques images photographiques de mires sinusoïdales à fréquences variables
correspondant à des F.T.M.P. variant entre 100% et 2% de réponse.
6.3 Présentation des résultats
On présente les résultats sous forme de courbes qui figurent la fonction de transfert de
modulation photographique du film (facteur de modulation en fonction de la fréquence
spatiale). En abscisse, les fréquences spatiales, et en ordonnée le facteur de transfert
F.T.M.P.
La norme américaine préconise une représentation linéaire des facteurs et
logarithmique des fréquences (figure 11), mais on emploie couramment une échelle
logarithmique également pour les facteurs de transfert qui sont alors notés en
pourcentage de réponse (figure 12).
Remarque :
Il n’est pas rare d’enregistrer des facteurs de transfert supérieurs à 1 (ou à 100%) pour des
fréquences spatiales faibles.
Ceci peut paraître aberrant a priori. En fait, l’explication est simple. Cette surmodulation de
l’image est due à l’effet de bord. Lors du développement, le révélateur épuisé de la zone très
exposée diffuse et freine le développement de la zone peu exposée, et inversement celui en
provenance de cette dernière zone active le développement du bord de la zone très
exposée. On observe donc un contraste de bord plus important que celui des plages
adjacentes et un taux de modulation qui peut dépasser 100%.
6.4 F.T.M. des films couleurs
La norme précédemment décrite ne s’intéresse qu’aux films noir et blanc.
Néanmoins, on utilise les mêmes processus opératoires et souvent les mêmes réglages pour
tester les films couleurs. La plupart du temps, on présente les résultats seulement en
densitométrie visuelle (moyenne des densités correspondantes à chaque colorant, obtenue
en mesurant le support couleur comme un support noir et blanc) ce qui est parfaitement
justifié pour des films destinés à être visionnés directement.
Toutefois, les fonctions de transfert de modulation de chaque couche sont assez différentes.
Ces renseignements par couche sont intéressants à connaître surtout pour des films destinés
à être tirés. Mais actuellement, les F.T.M. par couche sont rarement diffusées aux utilisateurs.
6.5 discussion
Les avantages du procédé et de la FTM sont évidents :
les caractéristiques sont indépendantes des conditions de traitement
les courbes de F.T.M. fournissent l’image de l’évolution des performances du film en
fonction des fréquences spatiales
les courbes de F.T.M. peuvent être combinées directement avec celles de l’optique
ou de tout autre élément de la chaîne photographique
les comparaisons entre émulsions sont relativement fiables
Le désavantage majeur du procédé est que ce système peut paraître abstrait. En
effet, on compare les modulations incidentes aux modulations actiniques au sein de
l’émulsion.
6.6 quelques exemples pour des pellicules Kodak
Pellicule négative noir et
blanc Eastman Plus-X
(16 ou 35 mm)
Pellicule inversible noir et blanc
Kodak Tri-X (16 mm)
Kodak Vision3 500T Color, pellicule
négative couleur
Kodak Ektachrome 64T Color,
pellicule inversible couleur
7 Netteté apparente, acutance et définition
7.1 définition de l’acutance et distinction vis-à-vis du pouvoir résolvant
La netteté d’une image est une notion plutôt subjective. A priori, on pourrait penser que la
netteté apparente est fonction du pouvoir résolvant de l’émulsion, c’est-à-dire que les images
obtenues seraient d’autant plus nettes que le film utilisé seraient capable de séparer un
nombre élevé de cycles/mm. Or, la pratique courante montre qu’il n’y a pas de rapport direct
entre netteté et pouvoir résolvant.
Dès 1952, Jones et Higgins ont établi une corrélation entre une grandeur mesurable
objectivement et cette notion subjective de netteté. Cette grandeur est l’acutance, qui
caractérise par un seul chiffre la réponse du film lorsqu’on module brutalement l’exposition.
L’acutance mesure en quelque sorte une réponse de bord.
L'acutance peut être définie comme l'aptitude d'une surface sensible à donner des bords nets.
À gauche, surface de faible
acutance, à droite, surface
de grande acutance.
On peut aussi bien trouver des émulsions de faible acutance et de bon pouvoir
séparateur que l'inverse et ces deux grandeurs ne sont donc pas forcément liées.
Sur la figure du haut ci-dessous, le pouvoir séparateur est bon, mais l'acutance est
mauvaise : la répartition des densités permet de bien distinguer les images de deux
points ou de deux traits (ceux d'une mire, par exemple) mais ces images sont
accompagnées de zones de transition plutôt larges.
Sur la figure du bas par contre, le pouvoir séparateur est mauvais, mais l'acutance est
bonne : les images sont étalées et finissent par se rejoindre mais leurs bords sont
abrupts, les fins détails ont disparu, l'image est celle d'un « paquet » ou d'un « bloc » qui
sera perçu comme étant net.
Un exemple, montrant l’indépendance des notions d’acutance et de pouvoir résolvant
Autre exemple, avec des mires, illustrant la différence entre acutance et pouvoir résolvant
Les deux images ci-dessus illustrent cette différence entre résolution et acutance. En
comparaison de l'image de droite, celle de gauche parait peu nette: son acutance est
faible (transitions douces entre le noir et le blanc). Néanmoins, sa résolution est bien
supérieure à celle de droite : on distingue sans problème les cercles extérieurs les plus
fins, même si le contraste est réduit au niveau de ceux-ci. L'image de droite est plus
nette (transitions noirs-blancs plus franches), son acutance est forte ; mais les fins
détails (les cercles extérieurs) ont été presque complètement éliminés (sa résolution est
faible).
7.2 base physiologique de la perception de l’acutance et idée de la mesure
Lorsqu’un observateur examine une image, pour en percevoir un détail, on peut
décomposer la perception d’un détail fin en plusieurs étapes :
un détail d’une image correspond à une modulation spatiale de densité (∆D/∆x)
les yeux de l’observateur effectuent de petits mouvements alternatifs de part et d’autre
des modulations de bord, de la même manière que lorsqu’on frotte un matériau avec les
doigts pour en évaluer la texture.
le gradient de densité de cette image de bord (∆D/∆x) devient donc un gradient
d’éclairement spatial de l’image formée sur la rétine de l’œil.
ce gradient spatial d’éclairement est ensuite converti en un gradient temporel
d’éclairement par le mouvement des yeux.
ces gradients temporels sont des stimuli multiples pour les cônes de la rétine.
dans ces conditions, la netteté apparente est proportionnelle au carré du gradient de
densité (∆D/∆x)2 plutôt qu’au seul gradient (∆D/∆x).
7.3 détermination expérimentale de l’acutance
On expose le film à mesurer en disposant sur
celui-ci un cache à bord fin et parfait (knifeedge exposure, c’est-à-dire une exposition à
lame de couteau). En pratique, on peut
utiliser une lame de rasoir neuve.
L’exposition variable de l’émulsion produite par un tel
dispositif ne présente pas deux valeurs extrêmes mais
présente un profil à variation régulière, comme celui
présenté sur la figure ci-contre.
Cette exposition variable provoque une densité
variable sur l’émulsion, après développement.
L’émulsion aura une acutance d’autant plus haute
que l’étalement horizontal en densité est faible
(marche la plus verticale possible) ; à l’inverse, un
étalement horizontal large correspond à une faible
acutance.
Après traitement, on lit au microdensitomètre la
trace photographique de la lame de rasoir et l’on
observe la courbe de densité en fonction de l’axe
de distance x.
Avant d’opérer les calculs, on prend soin de lisser
cette courbe pour éliminer les petites fluctuations
dues à la granulation.
Pour réduire la granulation lors de la mesure, on
utilise généralement une surface d’exploration
rectangulaire dont la longueur est parallèle à la
direction du bord d’exposition (la frontière du
détail).
Une fois la courbe relevée, on va mesurer et calculer le gradient carré moyen entre les
points A et B.
Ces points correspondent au début et à la fin de la modulation en densité. Ils sont
délicats à définir. En général, en pratique, on adopte comme repère un gradient local
égal à (∆D/∆x)=0,005/micron.
L’acutance est définie par la relation :
2
x
G
Ac =
DB − DA
Unité : densité/mm2
Comment calculer le gradient carré moyen ?
Une fois les points A et B définis, on divise l’intervalle AB en petits segments ∆xi et on
mesure les différences de densités correspondantes ∆Di.
Remarque : si on se limite à un seul segment pour joindre A à B, il y a un seul gradient
intermédiaire et le gradient carré moyen est le carré du gradient :
2
2
 ∆D  ( DB − DA )
G =
 =
2
∆
x
(
x
−
x
)


B
A
2
x
L’acutance se calcule simplement dans ce cas par :
Gx
DB − DA
=
où Gx est le gradient moyen de densité
Ac =
2
( xB − x A )
xB − x A
Si l’intervalle AB est divisé en petits segments ∆xi et qu’on a mesuré les différences de
densités correspondantes ∆Di, chaque gradient élémentaire est donc égal à (∆Di/∆xi) et
le gradient carré moyen sera égal à :
2
1  ∆Di 
G = ∑
 où n est le nombre de segments ∆x
n i =1  ∆xi 
2
x
n
En pratique, les distances x sont mesurées en microns et l’on multiplie les résultats
obtenus par un million pour exprimer l’acutance en densité/mm2.
Plus le nombre représentant l’acutance est élevé, plus la capacité du film à restituer des
densités très différentes sur des petites distances est grande.
7.4 Facteurs de variation de l’acutance
L’acutance ainsi déterminée varie en fonction :
de l’exposition : la netteté est optimale pour un certain niveau d’exposition lumineuse.
de la qualité de la lumière : comme le pouvoir résolvant, l’acutance est plus forte en
exposition sous radiations bleues car celles-ci sont plus absorbées dans l’émulsion.
des conditions de développement : les révélateurs « grains fins » ont un effet
catastrophique sur la netteté apparente. L’acutance est également influencée par
l’agitation pendant le développement, une agitation trop forte ne la favorisant pas. Enfin,
comme l’acutance dépend directement de Gx2, on enregistre des variations
proportionnelles au carré du facteur de contraste γ.
7.5 définition de la notion de définition
En pratique, on utilise souvent le terme de définition pour désigner les performances en rendu
de détail d’une émulsion.
La définition est une notion subjective réunissant tous les paramètres contribuant au
rendu des détails, principalement le pouvoir résolvant, la granulation.
En 1955, Higgins et Wolfe ont proposé une relation de la définition, valable pour les images
visionnées sans agrandissement. Elle tient compte du pouvoir résolvant R et de l’acutance Ac.
Par définition :
(
DF = Ac. 1 − e
−0,007 R 2
)
où DF est la définition, Ac l’acutance et R le pouvoir résolvant.
On voit que pour des pouvoirs résolvants supérieurs à 20 ou 30 cycles/mm (ce qui est le cas de
tous les films modernes), l’acutance est le seul paramètre déterminant de la définition : les
deux notions deviennent égales
L’unité de la définition est la même que celle de l’acutance : elle s’exprime donc en
densité/mm2.