Construire des images

L’acquisition en très haute définition des œuvres conservées dans les musées pose un certain nombre de problèmes techniques que les technologies de l’imagerie numérique ont permis de résoudre. Ainsi, la visualisation numérique d’une œuvre et de ses détails nécessite un travail précis, de l’acquisition à la reconstruction de l’image sur ordinateur. Les techniques développées au C2RMF intègrent des procédés de calibration de la couleur.

La qualité de la couleur restituée par la numérisation n’a rien d’évident.

La problématique

L’acquisition couleur d’une œuvre d’art dans le cadre de son archivage nécessite la mise en place d’un processus de normalisation. Cette normalisation permet d’analyser et de comparer les images ainsi acquises mais permet aussi de reconstruire une image haute résolution à partir de plusieurs acquisitions, grâce à une procédure de calibrage ainsi que des conditions d’acquisition normalisées.

Normalisation des conditions d’acquisition

La phase de calibrage sera résolue en mettant en relation les valeurs RGB obtenues au niveau du capteur de l’appareil photographique avec des mesures XYZ obtenus à l’aide d’une charte de couleurs. Nous obtiendrons ainsi des images qui contiendront pour chaque pixel des mesures colorimétriques XYZ au lieu des valeurs RGB du capteur. Ce qui permet de :

  • réaliser des mesures colorimétriques (valables uniquement pour les conditions d’éclairage qui auront été utilisés).
  • stocker les images dans des formats standards (tiff en L*a*b, OpenEXR pour le format XYZ brut…).
  • reconstruire des images hautes résolutions à partir de plusieurs acquisitions.

Pour effectuer cette mise en relation, il faut intégrer plusieurs phénomènes relatifs à l’éclairage (non uniformité), à l’optique et au capteur (PLU, courant d’obscurité et offset). L’intégration de ces différents phénomènes à la méthode de calibrage permettra d’introduire un modèle mathématique de compensation. Une fois ce modèle de compensation déterminé il suffira de construire le modèle de calibrage à l’aide de la charte des couleurs pour obtenir toutes les transformations nécessaires à l’obtention des images calibrées.

Il faut donc contrôler :

La dérive d’éclairement

L’idéal est d’avoir un éclairage parfaitement uniforme. Il est possible d’obtenir ce type d’éclairage mais au prix de la mise en place de nombreuses sources diffuses. Afin d’éviter une mise en place complexe et coûteuse il est préférable de mesurer la dérive d’éclairage sur toute la zone d’acquisition afin de pouvoir la compenser. Dans le cadre d’une acquisition par morceaux il est tout à fait possible d’obtenir un éclairage presque homogène car la surface d’acquisition sera faible.

La plage de lumière uniforme (PLU)

L'établissement de la PLU (Plage de Lumière Uniforme ou « flatfield ») consiste à mettre en évidence les écarts de sensibilité de chacun des pixels du capteur. Ces écarts sont principalement dus à un phénomène de « vignettage » (assombrissement sur les bords). On peut aussi retrouver des assombrissements résultant de poussières ou de tâches sur l'objectif. La PLU sera une image rendant compte de ces niveaux d'assombrissement. Une excellente approximation de la PLU peut être obtenue en photographiant une surface de couleur uniforme et éclairée uniformément sans saturer le capteur.

Le courant d'obscurité (« dark »)

Généralement le système de capture est utilisé à température ambiante. En conséquence, un signal thermique s'ajoute à l'image en fonction du temps d'intégration et du gain appliqué à la matrice CCD (ou CMOS le cas échéant). Ce signal est le courant d'obscurité. D'un pixel à l'autre, le courant d'obscurité peut varier. La carte du courant d'obscurité, appelée "dark", s'établit en effectuant une pose longue (généralement entre 10 s et 30 s) dans le noir avec un cache devant l'objectif. Le courant d'obscurité est proportionnel au temps d'exposition. Dans le cadre de ce projet les temps de poses seront inférieurs à 1 seconde, nous négligerons donc les phénomènes de bruit liés au courant d'obscurité.

Le courant de transmission (« offset »)

Toutes images formées en excitant les photo-sites du capteur doivent être transmise à d'autres organes de système d'acquisition (écran de contrôle, module de compression, carte mémoire, etc). Lors de la transmission, un bruit s'ajoute. Ce biais (« offset » en anglais) est additif et affecte toutes les images (y compris la PLU et le « dark »). Ce bruit est indépendant d'un pixel à un autre. L' « offset » s'obtient en effectuant une pose la plus courte possible (dans les 1/1000e de seconde) dans le noir et avec un cache devant l'objectif. Si ce bruit n'existerait pas l'image obtenue sera complètement noire c'est-à-dire que tous les pixels seraient à zéro.