Apple iPhone 5S et son nouvel iSight, la force tranquille


Par Fneuf,
 Le 27/09/13

Depuis quelques mois, les constructeurs cherchent à se différencier en mettant l'accent sur les fonctions photographiques de leurs smartphones. Le but est clair, remplacer dans vos poches les appareils photos numériques traditionnels. Après l’arrivée d’UltraPixel chez HTC, le retour de PureView chez Nokia et la tentative ClearPixel chez Motorola, 2013 voit la refonte de l’appareil photo de l’iPhone.

Une bien sombre histoire

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"Capturer la lumière"

Le principe de la photographie est simple, à l'image de l'étymologie de ce terme  "capturer la lumière".

Trois mots qui résument le travail des constructeurs et déchaînent les innovations.

Depuis des années le paradigme en puissance visait à miniaturiser les téléphones. C'était d'abord pour les faire tenir dans la main, puis pour que Madame Michu accepte d'en placer un dans son sac.

Aujourd'hui la tendance s'inverse. Nos petits compagnons numériques se sont fâchés avec leurs diététiciens, ils reprennent de l’embonpoint (tsoin tsoin). C'est qu'on leur a trouvé de nouveaux usages (consultation web, cinémathèque portative, ...), avec de bien mauvaises influences sur leur régime.

Mais le drame n'est pas là. Il existe une autre victime, bien trop silencieuse.

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Pssssssst. Eh petit, viens voir ici.

Elle a traversé les époques et toujours conservé son rôle. Elle s'est jusqu'à présent tue, mais son heure de délivrance approche. J'ai aujourd'hui décidé de lui donner une tribune. Le module optique a toujours été victime de la miniaturisation. Autrefois parce qu'elle était une fonction sous-estimée, aujourd'hui car c'est la batterie que les constructeurs favorisent. Vous l'avez deviné, cette ignominie implique une fâcheuse conséquence sur la qualité des photos.

Mais les temps changent. L’évolution des habitudes des consommateurs a fini par faire reconsidérer à quelques constructeurs éclairés la pertinence du module photographique. La qualité des photos devient un facteur décisionnel important lors de l'achat.

Le changement, c'est maintenant.

Nous commençons à voir la course à la qualité prendre le pas sur la course à la miniaturisation.

Et ce n'est plus la seule initiative d'un constructeur visionnaire (Nokia, je te regarde). Car après HTC, Apple rejoint le bal. Retenez votre souffle...

Un nouveau Capteur

...pour la toute première fois, le capteur d’une nouvelle génération d’iPhone est plus grand que celui de la précédente.

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Ce nouveau smartphone est ainsi équipé de photosites de 1,5 µm. Un bond proche de 15% en comparaison des 1,4 µm de feu l’iPhone 5. Ces nouveaux photosites sont d’une taille comparable à ceux qui équipent certains compacts grand public actuels (typiquement ceux équipés de capteurs 12 MégaPixels de 1/2,3").

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Comparaison de la taille des photosites de l'iPhone 5S

Ce n'est pas le seul parallèle. Car même si Apple n’a pas dévoilé le chiffre officiel, la taille totale de ce nouveau capteur est d'environ 4,89 x 3,67 mm, proche du format 1/3". Un chiffre qui rappelle le capteur du HTC One. Nous remarquerons d'ailleurs que ce n'est pas un simple parallèle technique qui unit ces industriels. Philosophiquement les choix de ces deux constructeurs sont proches. Ils ont tous deux choisi d'augmenter la taille des photosites de leurs smartphones haut de gamme et se sont glorieusement exclus de la tristement célèbre course aux MégaPixels.

Si cette augmentation peut paraître légère, elle n’est pas à sous-estimer. Car à elle seule elle valide, s’il en était encore besoin, que la photographie est un sujet prépondérant pour le smartphone moderne. De plus, une des spécificités de l'iPhone est d'avoir su fédérer autour de lui tout un écosystème d'accessoires. L'architecture de l'iPhone coince aujourd'hui l'APN dans un des coins de l'appareil, ce qui peut partiellement limiter les évolutions. Modifier le positionnement du module photo ou augmenter sa taille de façon plus généreuse entraînerait des incompatibilités.

A noter que la caméra frontale, indispensable pour FaceTime, subit elle aussi le même traitement et voit ses photosites passer de 1,75 à 1,9µm.

Intérêts

Plus un photosite est grand et plus il capte de lumière. Les effets sont directs.

1 - Bruit numérique

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Le bruit numérique, ce sont ces perfides pixels colorés, ce grain, qui surgissent de façon anarchique sur les images.

Pour bien comprendre le phénomène de « bruit numérique » un parallèle avec l’audio s’impose. Lorsque vous coupez toutes les sources sur votre chaîne hi-fi et que vous augmentez le volume, vous constatez de façon paradoxale que vos enceintes produisent toujours un son. Un souffle confus, une bouillie sonore plus ou moins désagréable. Ce que vous entendez alors est le bruit littéralement généré par les circuits électriques et électroniques de votre chaîne. Ce son est en réalité toujours présent, mais il est d’habitude masqué par la musique. En montant le volume vous l’avez amplifié jusqu’à le rendre parfaitement audible.

En photographie ce principe s’applique également. En condition de faible luminosité très peu de photons viennent frapper le capteur. L’intensité du signal donné par le capteur est alors si faible qu’il est nécessaire de l’amplifier. Cette opération va dévoiler le bruit, lui aussi amplifié. Totalement artificiel, ce défaut engendré par les divers composants électroniques du et autour du capteur ne fait pas partie du message original à retranscrire. Et plus le signal reçu sera faible plus le bruit sera proportionnellement important, donc visible.

En augmentant la taille des photosites, Apple améliore le rapport signal/bruit et favorise ainsi une meilleure réduction de celui-ci.

2 - Plage dynamique du capteur

C’est un paramètre encore très peu médiatisé, mais primordial. Pour faire simple et pratique, ce paramètre illustre la capacité d'un capteur à retranscrire des teintes très claires et très sombres au sein d'une même image, sans saturer. Meilleure est la dynamique d’un capteur, meilleure sera la finesse des tons et des lumières qu'il retranscrira dans une image. Et dans la vie de tous les jours, nombreux sont les sujets qui présentent des environnements lumineux variés dans une même scène. Combien de contre-jours avez vous déjà expérimentés en prenant une photo ?

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Techniquement, la dynamique représente le ratio entre l'intensité lumineuse la plus faible et la plus forte qu'un capteur sait digérer. En augmentant la surface sensible, Apple a créé un capteur qui sait enregistrer une intensité lumineuse maximale plus forte (plus de surface = plus de photons captés). La dynamique est alors mathématiquement améliorée. Les plus pointilleux vous feront remarquer que ceci n'est valable qu'à la condition que l'intensité la plus basse enregistrable n'ait pas été dégradée.

Les premiers clichés partagés par Apple (donc pris dans des conditions idéales) montrent l'emploi de sensibilités très basses (ISO 32). C'est un autre signe encourageant de la bonne dynamique de ce capteur et un indice de la capacité du capteur à gérer de faibles durées d'exposition.

Une nouvelle Optique

Le second point naturel sur lequel un constructeur peut agir pour améliorer la quantité de lumière reçue est l’objectif. Et la science optique est bien faite. Il existe un paramètre expressément créé pour décrire la capacité relative d’un objectif à laisser passer la lumière : l’ouverture.

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Nouvelle optique sur l'iPhone 5S

Et c’est un sans faute pour Apple qui a concocté une nouvelle optique qui dispose d’une ouverture de f/2.2. Concrètement le 5S permet à son capteur de recevoir environ 30% plus de lumière pendant le même temps d’exposition que son prédécesseur. L'industriel est ici en progrès, mais reste toutefois éloigné des cadors du secteur, Nokia Lumia 720 et le Lenovo K900, tous deux annoncés lors du MWC13, qui proposent respectivement f/1.9 et f/1.8.

Relativisons, cette ouverture n’est pas une unité miraculeuse. Le diamètre de l’optique est aussi un paramètre qui joue mécaniquement sur la quantité de lumière que transmet une optique. Les smartphones modernes ont beau présenter des nombres d'ouvertures comparables à de bonnes optiques de reflex, ils sont loin de proposer la même illumination à leur capteur. Une fois cette dimension prise en compte, le capteur du 5S reçoit autant de lumière que s'il était alimenté par un objectif "taille normale" d'une ouverture équivalente de f/16.

Il faut aussi considérer qu’avec une meilleure ouverture surgissent de plus fortes aberrations chromatiques, qu’il faudra combattre avec des traitements de surface, des matériaux spécifiques, voir des traitements numériques. Difficile de dire si c’est une volonté réelle du constructeur, en tout cas en restant sur une ouverture "raisonnable", Apple s’évite quelques désagréments potentiels.

Une dernière caractéristique de cette optique qui évolue, la focale. Elle témoigne de la largeur du champ de vue du capteur. Plus elle est petite, plus le champ couvert sera large. En équivalent 24x36, on passe d’environ 31mm à moins de 30mm de diagonale. Le champ couvert par le 5S sera donc légèrement plus large que celui du 5, sans pour autant prétendre être un réel grand angle. Tant qu’à se différencier, on pourrait imaginer qu’un constructeur choisisse d'aller dans l’autre sens et propose un équivalent 35mm (longtemps considéré comme le compromis polyvalent), voir même 50mm (idéal pour les portraits).


Une idée lumineuse

Le flash, votre lumineux allié, ce valeureux écuyer qui surgit à votre secours, tel l'éclair, lorsque l’éclairage faiblit. Pour plus de puissance Apple a ici retenu une solution technique basée sur 2 LEDs. C'est tout ? Non ! La vraie originalité repose sur la façon d’utiliser ces LEDs.

Vous l’avez déjà certainement remarqué, en fonction de la lampe installée dans une pièce (filament, halogène, LED, …) l’ambiance diffère. La pièce est plus ou moins jaune/orangée, voire bleue. Ces différences sont provoquées parce qu’on appelle la température de couleur, une grandeur qui caractérise les différences de restitution des couleurs entre sources d’éclairage. Pour une source donnée, c’est un paramètre invariable.

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Les deux LEDs du flash TrueTone.

Apple profite justement ici de la différence de température entre ces 2 LEDs pour doser la teinte de l’éclair du flash. La puissance de chacune des LEDs est automatiquement modulée, ce qui permet de varier à loisir la teinte de l’éclair. Une astuce impossible à réaliser avec une source de lumière unique.

Le but est simple, conjuguer les éclairs des 2 LEDs pour optimiser le rendu des couleurs. Le flash du 5S s’adapte à la colorimétrie de la scène, pour respecter ses couleurs naturelles. Si Apple n’a pas la primauté de l’idée c’est à ma connaissance le premier appareil grand public à en disposer. Une petite révolution en soi, la firme de Cupertino se risquant très rarement à intégrer des technologies non déjà commercialisées.

L’autre potentielle bonne nouvelle ici c’est qu’il pourrait disposer d’un flash modulable qui en plus de s'adapter au rendu colorimétrique d'une scène, s'adapterait à l'intensité lumineuse de la scène, à la différence des flash “tout ou rien” des concurrents.

Totomatisation

Lorsqu’on regarde les capacités techniques du nouvel APN, on constate qu’un important travail a été mené autour des circuits électroniques. Première conclusion; bien que le secret soit jusqu’à présent jalousement gardé; c’est la présence d’un nouvel ISP (pour Image Signal Processor), le circuit dédié aux traitements des images. C’est principalement lui qui permet à l’appareil de shooter des vidéos hautes vitesses 120 i/s en 720p et des rafales à 10 i/s en prise de vue. De très sérieuses performances pour un mobile, des capacités dont nous rêvions chez Test-Mobile depuis longtemps. A ce niveau, le seul concurrent crédible au nouvel iPhone est le tout aussi récent Galaxy Note 3 qui se montre notamment capable de filmer en 4K à 30 i/s.


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La partie matérielle n’est pas la seule à avoir été dopée, le logiciel l’est également. L'interface a été repensée et signe la fin du skeuomorphisme pur et dur, après plus de 15 ans d'utilisation par Apple. De nouveaux algorithmes ont pour but de vous aider à réussir vos clichés. Nous retiendrons notamment sa capacité, lorsque les conditions de prises de vues se compliquent, à combiner les parties les plus nettes de 4 photos prises sur une courte rafale pour créer une unique image parfaitement nette. Cette astuce est une illustration d'une limitation technique actuelle des smartphones d'Apple. Elle est là pour compenser, lors de la prise de photos, l'absence de stabilisation optique que Nokia, HTC ou LG ont d'ores et déjà intégrée à leurs gammes.

Le calcul de la mise au point sur 15 zones, le pré-réglage de l'exposition dès l'ouverture de l'application photo, etc. Autant de petites améliorations opportunes qui visent à simplifier la prise rapide de bonnes photos. D'ailleurs les rafales prises sont analysées en temps réel et l’appareil vous propose les photos qu’il estime être les meilleures (netteté, exposition, expression des visages, ..).

De bonnes idées qu'il conviendra de mettre à l'épreuve sur le terrain. Vouloir simplifier la prise de photos est une chose, automatiser les photos de qualité en est une autre. J’ai d’ailleurs trouvé le discours d’Apple sur le sujet maladroit, cherchant presque à discréditer le métier de photographe. Toutes les évolutions n'y feront rien, la bonne photo repose moins sur un appareil que sur l’idée d’un photographe.



Conclusion

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Lorsque l'on lit entre les lignes, Apple valide ici un changement important du marché de la photo sur mobile, mais reste trop frileux pour prétendre le diriger.

La popularité de l’iPhone en fait un appareil très particulier à étudier. S’il est méconnu que Nokia a longtemps été le plus grand vendeur d’appareils photo, il est aussi méconnu que les terminaux, de Cupertino, comptent parmi le trio, (poil au dos), de tête du site de partage de photos Flickr. De célèbres réseaux sociaux dédiés à la photos sont même nés de l'écosystème Apple.

La mise à jour d’un iPhone est un événement, qu’on le veuille ou non. Ici, l’évolution de l’appareil photo se montre timorée et réfléchie. C’est une approche conservatrice qui a été utilisée. Loin de toute révolution, Apple a su intégrer et améliorer son appareil de façon incrémentale.

Si la suprématie de PureView sur le monde des caméraphones ne sera pas remise en cause, les futurs possesseurs du 5S profiteront d’un appareil photo rafraîchi. D'une qualité bien supérieure à ce qu'un partage de clichés sur Instagram réclame.

Dans un marché où l’innovation photo commence à faire tourner les têtes et où certains constructeurs savent se montrer ingénieux, nous pourrions regretter le manque de prise de risque d’Apple. Ce serait oublier que cette société n’est pas une habituée des sauts technologiques disruptifs. Si leur service communication vous parlera souvent de “bouleversement”, “affiner” est le véritable credo de Cupertino. Un cocktail saveur pomme qui a su prouver son bien fondé commercial.iphone-5sback-down.png

@fneuf

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