Dossier > Le format RAW et la matrice de Bayer

1. I. Les images RAW :

Dans un appareil photo numérique ou pour tout capteur dit couleur, la constitution du capteur est la suivante :

• Un capteur silicium type CCD : Par définition ce capteur est constitué de pixels et est monochrome.
• Un jeu de filtres : Chaque pixel est recouvert d'un filtre correspondant à un jeu de couleurs : RVB ou CMY.

Pour un APN ou une WEBCAM, lorsque la "photographie" est prise, le capteur est lu par l'appareil. Avant de fournir une image à l'utilisateur, l'appareil va traiter cette image en interne pour l'enregistrer au format communément JPEG et/ou ne pas la traiter en profondeur pour l'enregistrer telle quelle, mais cette fois au format RAW (ce choix est laissé à l'utilisateur). Dans ce dernier cas, l'image obtenue est sauvegardée avec une extension propriétaire qui permet d'indiquer au logiciel de lecture les infos de l'entête dans un ordre cjoisi par le concepteur de l'appareil comme par exemple le jeu de filtres colorés utilisé. Comme extension, on rencontre par exemple chez CANON l'extension CRW, NEF chez NIKON et PEF chez PENTAX.

L'image obtenue dans ce cas est caractéristique d'une image au format RAW (on peut parler d'image brute en astronomie) qui semble pixelisée. Ceci est normal puisque des pixels voisins munis de filtres de couleurs différents ne sont pas impressionnés de manière identique.

Ces images apparaissent sous forme monochrome et n'ont donc subies qu'un minimum de traitement cosmétique après lecture de la part de la marque propriétaire de l'appareil. Elles peuvent donc être considérées comme brutes et d'un point de vue astronomique, ce sont celles à utiliser dans la mesure du possible.

2. De l'image RAW à l'image couleur :

ans un appareil photographique, une fois que la lecture du CCd effectuée ainsi que le minimum de traitement effectué (image RAW), l'appareil se charge du traitement électronique afin de passer d'une image monochrome à une image couleur. Chaque pixel est codé sur 12 (4096 pas codeurs) voire 14 bits pour les appareils les plus récents. Comme les filtres couleurs devant chaque pixel sont connus, il est donc possible de passer à une image couleur, où chaque pixel contient 3 valeurs correspondant aux 3 composantes de couleur choisies, chacune étant cette fois codée sur 8 bits (256 pas codeurs).

D'un point de vue astronomique, en aprtant de l'image au format RAW, il suffit donc de connaître l'agancement des filtres de couleur devant chaque pixel pour reconstituer une image couleur. Cet agancement de filtres devant chaque pixel se nomme "matrice de Bayer".

3. La matrice de Bayer :

Dans le système RVB, chaque pixel est recouvert d'un filtre coloré rouge, vert ou bleu selon l'agencement suivant :

Comme on peut le voir sur la figure ci-dessus, l'agencement est donc toujours le même. Il reste à connaître par quels types de filtres colorés est constitué le carré formé par les 4 premiers pixels d'une image situé au coordonnées X et Y valant 1 et 2. A chaque fois que PRiSM propose de traiter une image nécessitant la connaissance de l'ordre des filtres de ce carré 2x2, le motif est demandé :

Le motif n°1	Le motif n°2	Le motif n°3	Le motif n°4

Par exemple, CANON utilise le motif n°2 dans ses appareils reflex du type EOS 300D, 350D et 400D.

Ensuite, pour chaque pixel de l'image, les valeurs RVB de l'image couleur sont données par une moyenne des valeurs des signaux des pixels voisins (cette moyenne est pondérée ou non suivant la fonction utilisée :

Pour un point de l'image qui correspond à un pixel rouge du capteur : R = Signal du pixel rouge. V = Moyenne des signaux des 4 pixels verts voisins. B = Moyenne des signaux des 4 bleus verts voisins.
	Pour un point de l'image qui correspond à un pixel vert du capteur : R = Moyenne des signaux des 2 pixels rouges voisins. V = Signal du pixel vert. B = Moyenne des signaux des 2 pixels bleus voisins.
Pour un point de l'image qui correspond à un pixel bleu du capteur : R = Moyenne des signaux des 4 pixels rouges voisins. V = Moyenne des signaux des 4 pixels verts voisins. B = Signal du pixel bleu.

Ce principe permet donc de fournir 3 valeurs à chaque pixels correspondant aux 3 filtres RVB

On rencontre maintenant de plus en plus de capteurs avec des filtres CMY (Cyan, Magenta et Jaune). Jusqu'à maintenant, seul la synthèse de ces filtres posait problème. Ils ont l'avantage d'avoir chacun une bande passante plus large que les filtres RVB correspondant ce qui leu confère plus de sensibilité. L'organisation de la matrice CMY ressemble à celle de la matrice RVB :

Dans le cas de l'usage d'un capteur ayant des filtres CMY, PRiSM garde les mtifs RVB dessinés (qui selon l'image ci dessus sont facilement identifiables au motif CMY du capteur) mais propose ensuite de convertir les résultats obtenus normalement dans le système CMY dans le système usuel RVB :

Remarque : Lors de la convertion d'une image monochrome RAW en image RVB (par l'intermédiaire d'un système CMY ou non), tous les calculs de moyenne effectués à parti des pixels voisins altère la capacité de la matrice à résoudre des fins détails et on a donc une perte de résolution du capteur par rapport à ce qu'on pourrait obtenir pour un capteur monochrome. C'est pour ça qu'on a l'habitude dire qu'un capteur de 1000 x 1000 couleur a la même résolution qu'un capteur 500 x 500 monochrome. D'un point de vue astronomique, afin de ne pas dégrader la résolution de l'image couleur, on utilise la technique du LRGB obtenu à partir du menu [Trichromie] > [Assembler 4 images LRVB]

4. La balance des blancs :

Le principe est simple : un pixel normalement blanc doit apparaître blanc ! Suivant les capteurs utilisés, on a des rendements quantiques différents pour les pixels filtrés et des traitements internes effectués à la lecture différents suivant les appareils. Il est alors parfois nécessaire d'accentuer par exemple le rouge par rapport aux autres couleurs ... bref, de donner des coefficients aux différentes couleurs d'un pixel donné de façon à obtenir des couleurs réalistes. Cette action s'appelle "régler la balance des blancs". Pour des APN, la balance est normalement réglée correctement par défaut et pour les utilisateurs qui par exemple défiltrent partiellement ou totalement leur capteur, il est alors nécessaire de modifier cette balance pour obtenir à nouveaux des couleurs réalistes.
A partir d'une image RAW (monochrome), il est possible de forcer les valeurs de ces coefficients. Ceci a lieu à partir du menu [Trichromie] > [Equilibrer les pixels d'une matrice de Bayer]. Pour le moment, cette fonction n'est pas automatique mais pourrait à terme le devenir.

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