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.

Cette locution anglaise peut se traduire en français par empilement de mises au point. Existant sous de nombreuses autres appellations, c'est un procédé consistant à combiner plusieurs images dont le plan focal varie, pour donner une image avec une plus grande profondeur de champ qu'avec une image individuelle[1],[2]. On obtient ainsi des images qui seraient physiquement impossibles à réaliser avec des moyens photographiques classiques. Il est particulièrement bien adapté à la photographie numérique, et aux situations où une image individuelle a une très courte profondeur de champ, comme en macrophotographie et photomicrographie.

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.

Tous ces procédés se justifient aussi bien par leur valeur artistique que par la clarté apportée aux publications scientifiques (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[3]).

Procédé

La première étape du focus stacking est l'acquisition d'images du sujet à différents plans focaux.

On peut le faire en modifiant légèrement la mise au point entre chaque prise de vue : soit manuellement, soit si l'objectif utilisé est autofocus à l'aide d'un programme tel que Magic Lantern (gratuit, pour certains appareils Canon), ou Helicon Remote (pour les appareils Canon et Nikon). Cette technique est peu adaptée aux taux d'agrandissement supérieurs à x1, compte tenu du manque de précision en mise au point manuelle, et de la rareté des objectifs à mise au point autofocus adaptés.

Ou bien on peut le faire en modifiant la distance au sujet en plaçant l'appareil photo sur une platine coulissante. Si le taux d'agrandissement est important, cette platine devra être micrométrique. Il existe aussi des platines motorisées programmables spécialement adaptées à cet usage.

La deuxième étape consiste à "empiler" les images obtenues en privilégiant les zones nettes. Elle pourrait se faire en utilisant les techniques de tirage en argentique, mais est réalisée aujourd'hui numériquement en post-traitement. La sélection de ces zones peut se faire manuellement dans un logiciel de traitement d'image, ainsi que leur compilation. Il existe également des programmes dédiés (parfois eux-mêmes inclus dans un logiciel de traitement d'image...), qui détectent les régions nettes de chaque image (par exemple par détection de contours ou par analyse harmonique ) et les fusionnent, automatiquement.

Enfin, dans le cadre d'une utilisation scientifique, on peut procéder à une modélisation en 3D du sujet photographié, tel un scanner corporel qui ne verrait que l'extérieur du patient.

Exemple de procédure réalisée avec le logiciel gratuit Combine ZP

Utilisation

En photographie et macrophotographie

Habituellement la profondeur de champ est augmentée en réduisant l'ouverture relative (en travaillant par exemple à f/22). Mais cette méthode dégrade le piqué de l'image obtenue à cause de la diffraction. Le focus stacking permet non seulement d'augmenter la profondeur de champ (équivalente à ce qu'on obtiendrait en travaillant par exemple à f/128 !), mais en plus de profiter de l'ouverture optimale en termes de piqué de l'objectif (par exemple f/5.6).

En microphotographie

À très fort grossissement on ne peut généralement pas faire varier l'ouverture numérique. Elle dépend alors uniquement du choix de l'objectif qui est conçu pour capturer autant de lumière que possible d'un petit échantillon. La profondeur de champ, limitée à la fois par un grossissement important, et par une ouverture importante qu'on ne peut pas réduire, est alors extrêmement réduite. Un objectif 100× avec une ouverture numérique de 1.4 a par exemple 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. Le focus stacking adopte d'une certaine façon cette approche. Et il constitue l'unique façon d'augmenter la profondeur de champ en microphotographie.

Le principe du focus stacking s'applique également aux microscopes électroniques à balayage par transmission qui rencontrent des difficultés similaires en termes de faible profondeur de champ.

Logiciels

Logiciels de focus stacking
Nom Auteur principal Plateforme Licence
Adobe Photoshop CS4, CS5 Adobe Windows, Mac OS X Propriétaire
« ALE »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?) (consulté le ) 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

Autres noms

Ce procédé est appelé également profondeur de champ étendue, hyperfocus[4], z-stacking (« zedification » en français) , focal plane merging, merged-focus image [5],[6] , et focus blending.

Notes et références

(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. ↑ Johnson 2008, 336
  2. ↑ Ray 2002, 231–232
  3. ↑ http://msl-scicorner.jpl.nasa.gov/Instruments/MAHLI/
  4. ↑ Magazine : Image et nature no 34 [1]
  5. ↑ http://www.lenaturaliste.net/forum/viewtopic.php?f=253&t=3397&p=50691
  6. ↑ http://www.msss.com/science/msl-mahli-instrument-description.php

Voir aussi

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Bibliographie

  • 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

Liens externes

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