Focus stacking

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Série d'images d'une mouche tachinaire montrant l'intérêt du bracketing de la mise au point. Les deux premières images montrent les problèmes de profondeur de champ rencontrés, la troisième a été obtenue en combinant six clichés réalisés avec six mises au point différentes.
Focus stacking en microscopie à fond clair. Nous voyons dans cet exemple un microfossile de diatomée dans du kieselguhr. En haut à gauche : images sources à profondeur de champs différentes. En haut à droite : contribution de chaque cliché à l'image « focus stackée » finale (le noir correspond à une contribution nulle, le blanc à une contribution totale). En bas : image finale avec une profondeur de champ étendue.

Le focus stacking (ou hyperfocus[1]) (peut se traduire en français par Empilement de mises au point) est un procédé de traitement d'image numérique consistant à combiner plusieurs images prises à différentes distances de mises au point pour donner une image avec une plus grande profondeur de champ qu'avec des images individuelles[2],[3]. Ce procédé peut être utilisé dans des situations où des images individuelles ont une très courte profondeur de champ (la macrophotographie et la photomicrographie sont des exemples typiques).

Le focus stacking propose de la flexibilité, étant donné que ce procédé de post-production peut servir aussi bien pour sa valeur artistique que pour la clarté apportée aux publications scientifiques. Il permet aussi d'obtenir des images qui, avec des moyens photographiques normaux, sont physiquement impossibles à réaliser. Des techniques alternatives d'obtention d'image avec une grande profondeur de champ existent, notamment la photographie par encodage de front d'onde ou encore la photographie plénoptique.

Sommaire

Procédé [modifier]

La première étape du focus stacking est l'acquisition d'images du sujet à différents plans focaux. Bien qu'aucun des clichés n'a le sujet entièrement net, ils contiennent ensemble toutes les données nécessaires pour procéder au focus stacking. Les régions nettes de chaque image peuvent être détectés automatiquement, par exemple par détection de contours ou par analyse harmonique ; ou sélectionnées manuellement. Les zones nettes ainsi délimitées sont ensuite fusionnées pour réaliser l'image finale.

Exemple de procédure réalisée avec le logiciel gratuit Combine ZP

Utilisation [modifier]

En photographie [modifier]

L'obtention d'une profondeur de champ suffisante peut être particulièrement difficile dans le domaine de la macrophotographie parce que la profondeur de champ est plus petite (plus restrictive) au plus près de l'appareil photo, alors si un petit objet obstrue tout le cadre, il ne pourra pas être entièrement net. La profondeur de champ est normalement augmentée en réduisant l'ouverture relative (nombre f/xx important) ; mais cette méthode n'est plus viable au delà d'un certain point, car le flou de diffraction en rend caducs les bénéfices. Le focus stacking permet l'efficacité de la prise d'images réalisées à la plus petite ouverture.

La sonde Curiosity de la mission Mars Science Laboratory possède un instrument appelé Mars Hand Lens Imager (MAHLI) permettant notamment de faire des photos en focus stacking[4].

En microscopie [modifier]

En microscopie, une haute ouverture numérique est nécessaire pour capturer autant de lumière que possible d'un petit échantillon. Une haute ouverture numérique correspond à une faible ouverture relative et donc à une profondeur de champ très petite. Les objectifs à gros grossissement ont généralement une faible profondeur de champ ; un objectif 100× avec une ouverture numérique de 1.4 à une profondeur de champ d'environ 1 μm. Lors de l'observation directe d'un échantillon, les restrictions d'une petite profondeur de champ peuvent être facilement contournées en mettant au point selon la zone à observer. Présenter les données microscopiques d'une structure 3D complexe par le biais d'un focus stacking 2D est donc une technique très pratique.

Les microscopes électroniques à balayage par transmission rencontrent des difficultés similaires, car les spécimens étudiés sont bien plus larges que la profondeur de champ. En prenant une série d'images à différents plans focaux, la profondeur de champ peut être reconstruite par focus stacking[5].

Logiciels [modifier]

Logiciels de focus stacking
Nom Auteur principal Plateforme Licence
Adobe Photoshop CS4, CS5 Adobe Windows, Mac OS X Propriétaire
« ALE » (Archive • Wikiwix • Que faire ?). Consulté le 2013-04-09 David Hilvert Linux, Windows GPL
CombineZM / CombineZP Alan Hadley Windows GPL
Deep Focus module for QuickPHOTO PROMICRA Windows Propriétaire, essai illimité
Enfuse (combiné avec align_image_stack ou similaire) Andrew Mihal and hugin development team Multiplateforme GPL
Extended Depth of Field
plugin pour ImageJ		 Alex Prudencio Multiplateforme (Java) Gratuit dans le cadre de la recherche
Helicon Focus Danylo Kozub Windows, Mac OS X Propriétaire, 30-jour d'essai
ImageFocus Stacking software [2] Euromex Microscopes Holland Windows Propriétaire, 30-jour d'essai
Image Pro Plus Media Cybernetics Windows Propriétaire
Macnification Peter Schols Mac OS X Propriétaire, 30-jour d'essai
MacroFusion, GUI for Enfuse Dariusz Duma Linux GPL v2
PhotoAcute Studio Almalence Inc Windows, Mac OS X, Linux Propriétaire, essai illimité
PICOLAY Heribert Cypionka Windows Propriétaire
Stack Focuser
plugin pour ImageJ		 Michael Umorin Multiplateforme (Java) GPL
Tufuse Max Lyons Windows Propriétaire
Zeiss Axiovision Carl Zeiss AG Windows Propriétaire
Zerene Stacker Rik Littlefield Windows, Mac OS X, Linux Propriétaire, 30-jour d'essai

Noms alternatifs [modifier]

Ce procédé est appelé également z-stacking, focal plane merging, merged-focus image (ou « zedification » en français)[6],[7] ou focus blending.

Notes et références [modifier]

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Focus stacking » (voir la liste des auteurs)

  1. ↑ Magazine : Image et nature no 34 [1]
  2. ↑ Johnson 2008, 336
  3. ↑ Ray 2002, 231–232
  4. ↑ http://msl-scicorner.jpl.nasa.gov/Instruments/MAHLI/
  5. ↑ R. Hovden, « Extended Depth of Field for High-Resolution Scanning Transmission Electron Microscopy », Microscopy and Microanalysis, vol. 17, 2011, p. 75–80 
  6. ↑ http://www.lenaturaliste.net/forum/viewtopic.php?f=253&t=3397&p=50691
  7. ↑ http://www.msss.com/science/msl-mahli-instrument-description.php

Voir aussi [modifier]

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Bibliographie [modifier]

  • Philippe Martin, Hyper Nature - Une Révolution de l'image naturaliste, Biotope, 216 pages (ISBN 978-2914817752) (Présentation)
  • Johnson, Dave. 2008. How to Do Everything: Digital Camera. 5th ed. New York: McGraw-Hill Osborne Media. ISBN 978-0071495806
  • Ray, Sidney. 2002. Applied Photographic Optics. 3rd ed. Oxford: Focal Press. ISBN 0-240-51540-4

Articles connexes [modifier]

Liens externes [modifier]

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