HTC UltraPixel, la nouveauté photo de 2013 ?


Par Fneuf,
 Le 26/02/13

Pendant très, très longtemps, la partie photographique fut le parent pauvre des smartphones. Seul Nokia s’est distingué en soignant avec succès cette caractéristique, bâtissant de la sorte une réputation justifiée.

Aujourd’hui un autre constructeur semble s’être décidé à s’intéresser sérieusement au sujet. HTC a annoncé le 19 février son flagship 2013, le One, qui profite d’un concept maison dénommé « UltraPixel« . Voyons ensemble ce que les taïwanais ont présenté comme une innovation majeure.

Constats

Crédit Photo.

S’il existe une constante sur le marché de la photo numérique, c’est la « course aux MégaPixels« . Cette grande compétition internationale possède une seule règle : « plus il y en a, mieux c’est« . Tous les participants y rivalisent pour proposer des appareils en offrant plus, toujours plus. Quel intérêt ? Le nombre de MégaPixels est un chiffre sur lequel il est ridiculement simple de communiquer. Lorsque votre public est habitué depuis des décennies à penser que « plus il y a de MégaHertz, plus il y a de MégaOctets, … mieux c’est », prouver la qualité d’un appareil au grand public par ce seul nombre est quasi naturel. Le MégaPixel est une « unité vendeuse« .

La taille a de l'importance.

Seulement, rien est aussi simple qu’il n’y parait. Un capteur photo numérique est composé de millions de photosites, les éléments unitaires responsables de transformer la lumière reçue en un signal électrique. Chaque élément représente un pixel de l’image capturée. Normalement plus un capteur en possède, meilleure sera sa précision : il est théoriquement apte à retranscrire de plus fins détails. Mais plus vous allez chercher à mettre de pixels dans un capteur, plus la taille de ces photosites va diminuer. Seule alternative, produire des capteurs plus gros… Or la taille d’un capteur est limitée par celle du boitier dans lequel vous souhaitez le placer. Le grand public étant accoutumé à la miniaturisation, il serait osé de lui proposer des appareils plus gros à chaque génération. Les constructeurs se sont donc mis à caser de plus en plus de photosites sur des capteurs dont la taille est restée fixe.

Et c’est là que le bât blesse. Si l’on revient à l’essence de la photographie, étymologiquement le terme « photographie » signifie littéralement « ce qui utilise la lumière pour aboutir à une image« . La réduction de la taille des photosites possède ici un effet collatéral majeur. Plus un photosite est petit, moins il reçoit de lumière. La quantité de lumière perçue par chaque photosite diminue proportionnellement avec sa miniaturisation. Même si au global la quantité de lumière reçue par le capteur est la même (en considérant que la taille du capteur est bien un paramètre fixe), lorsqu’on considère individuellement chaque photosite, la quantité de lumière reçue diminue. Et pour contrecarrer ce défaut, il n’existe pas de solution miracle :

  • Ajouter un éclairage d’appoint (le flash) : sur un appareil compact c’est rarement une solution optimale. Vous ne disposerez jamais d’une puissance suffisante, la lumière produite sera mal répartie et vous réduirez l’autonomie pour les autres usages de l’appareil,
  • Augmenter la durée d’ouverture : vous risquez alors de créer un disgracieux flou de bougé,
  • Monter en sensibilité : vous jouez sur l’amplification électronique des signaux issus des photosites, pour récupérer artificiellement de la lumière. Le risque est alors de réduire la qualité du cliché en révélant le bruit numérique inhérent aux circuits d’amplification : ces pixels colorés qui surgissent de façon anarchique sur les images.

 

Le concept UltraPixel

Face à ces constats, la réponse d’HTC s’est faite intransigeante. Elle a pour nom UltraPixel et c’est la somme de 4 éléments :

  1. Un capteur CMOS BSI de taille standard (1/3″, ratio 16:9) mais d’une résolution de seulement 4,09 MégaPixels (2688 x 1520 pixels utiles),
  2. Une optique lumineuse à f/2.0 (dans la lignée du travail amorcé avec leur précédent One X),
  3. Une stabilisation optique (une première chez HTC),
  4. Des circuits de traitement de l’image optimisés.

La question que s’est posée HTC est ici prodigieusement simple : comment proposer une meilleure qualité photographique à nos clients ? Ce n’est pas chez Test-Mobile que vous nous verrez dénigrer un constructeur qui apporte des réponses intéressantes à des questions aussi importantes. La firme taïwanaise vient non seulement de suspendre sa participation à la course aux MégaPixels, mais elle est même allée au-delà. Proposer en 2013 un appareil vedette équipé d’un capteur principal de 4 MégaPixels et c’est à un retour en arrière que nous assistons. Un bond de plusieurs années. Retour vers le Futur

 

Le capteur

C’est en passe de devenir un standard, le capteur est de type CMOS BSI (pour Back-Side Illuminated). En clair la tringlerie électronique a été remisée au dos du capteur et ne vient plus perturber le trajet de la lumière vers les photosites. C’était le cas sur les anciennes générations de capteur.

L’humble résolution de ce capteur possède un avantage : intégrer des photosites d’une taille supérieure à la concurrence pour un encombrement similaire à la concurrence. Ils font ici 2µm de côté lorsque ceux des concurrents, tel l’iPhone 5, ne mesurent souvent que 1,4µm. Ainsi un photosite du HTC One couvreplus de surface qu’un photosite d’iPhone 5.

La quantité de lumière perçue par chaque photosite augmente alors sensiblement. Cela donne de la liberté aux ingénieurs d’HTC pour jouer avec l’appareil photo. Suivant les circonstances ils peuvent privilégier la réduction de la durée d’exposition (et diminuer les risques de flou de bougé) ou monter en sensibilité plus facilement (le signal électrique fourni par chaque photosite étant d’intensité supérieure, il est plus facile de l’amplifier sans révéler de bruit numérique).

Autre atout très pragmatique, cette faible résolution signifie que le poids informatique des photos produites sera moindre d’où :

  • un partage sur les réseaux facilité. Il prendra moins de temps et consommera moins de forfait data,
  • des retouches accélérées. Un fichier plus petit est un fichier moins complexe à travailler, un paramètre non négligeable si c’est votre terminal mobile qui vous sert de plateforme de retouche.

Attention, tout n’est pas rose. Cette résolution a pour conséquences plusieurs limitations :

  • Conservation des détails : le One rivalisera difficilement en capture de détails avec un appareil photo « commun », ni même avec les smartphones concurrents. Le « consensus » en photographie prétend que nos bons vieux appareils argentiques proposeraient une résolution équivalente à un appareil photo numérique d’environ 5 à 7 MégaPixels.  La faible résolution induite par UltraPixel risque de décevoir lorsque les premiers comparatifs apparaitront,
  • Recadrage : avec une image de base composée de 2688×1520 pixels, il y a trop peu de marge pour recadrer confortablement,
  • Impression : il sera malaisé de vouloir dépasser le format A4 sans sacrifier sur la qualité de restitution,
  • Visualisation : si la résolution est parfaitement adaptée à l’écran 1080p du One, voir au partage en ligne, d’ici quelques années les écrans très haute résolution (4K et supérieure) vont se démocratiser. Les photos produites par le One seront alors petites, elles occuperont à peine la moitié de l’écran,
  • Zoom : le zoom numérique qui accompagnera probablement le One sera limité par le peu d’informations à sa disposition.

 

L’optique et la stabilisation

L’optique qui équipe le One est constituée de 5 éléments et propose une ouverture de f/2.0. C’est un très bon résultat  pour un smartphone, (seul le Nokia Lumia 720 annoncé lors du MWC13, se permet de faire mieux) car la luminosité de l’optique est primordiale en photographie.

Pour illustrer son importance il faut savoir qu’entre une optique qui dispose d’une ouverture de f/2 et une de f/2,8 la quantité de lumière transmise est divisée par 2… C’est un peu comme si vous deviez observer le monde par le trou d’une serrure. Plus ce trou sera grand, meilleure sera votre perception du monde.

Un autre atout équipe le One, son bloc optique est stabilisé. Cette stabilisation permet de compenser des (petits) mouvements de l’utilisateur lors de la prise de vue (de l’ordre du degré). Concrètement le bloc optique oscille sur 2 axes (transversal et longitudinal au smartphone), jusqu’à 2000 fois par secondes pour venir annuler les microscopiques tremblements de l’utilisateur.

L’intérêt de cette technique est de pouvoir garantir l’absence de flou de bougé de vos clichés, même lorsque la luminosité de la scène que vous voulez capturer diminue et donc que le temps d’exposition augmente.

 

Le traitement de l’image

Peu d’informations précises sont aujourd’hui disponibles sur les spécifications du nouveau circuit de traitement de l’image (nommé ImageChip 2) qui équippe le One. Sont en revanche connues ses possibilités :

  • Photo :
    • rafales à 8i/s (jusqu’à 99 images), autofocus en continu,
    • correction logicielle du vignettage,
    • logiciel Zoe qui permet de « flouter la frontière entre prise de photo et de vidéo » :
      • capturer une vidéo de 3s autour de chaque photo prise,
      • capturer une vidéo et prendre des photos en rafale en même temps,
      • composer une image à partir des meilleurs morceaux sélectionnés de plusieurs clichés pris en rafale,
  • Vidéo :
    • 1080p30 (encodage H.264 High Profile, 20 Mbit/s),
    • 1080p28 avec HDR,
    • 720p60,
    • 768 x 432 à 96 i/s.

Le One permet de filmer à haute vitesse (jusqu’à près de 100 i/s) et ce n’est pas pour nous déplaire, souvenez-vous. La capture de vidéo haute vitesse nous permet de comprendre l’intimité d’une action, elle nous révèle des détails que nous ne pouvons percevoir en temps réel. C’est l’essence de l’appareillage scientifique, qui, tel un capteur de contrainte, va vous indiquer comment un matériau vit. La vidéo haute vitesse nous a permis de comprendre il y a plus de 130 ans la cinématique de marche des animaux. Aujourd’hui elle aide à l’analyse des crash-tests. La vidéo cliché de la goutte d’eau qui s’écrase fait peut-être gadget (et encore, cela dépend pour qui), mais une scène sportive filmée à haute vitesse est un puissant outil didactique.

Correction

Le processeur de traitement de l’image intègre des algorithmes de correction spécifiquement adaptés aux caractéristiques de l’optique du One. Il va compenser le vignettage, cette baisse de luminosité qui se produit dans les coins d’un objectif. HTC se propose de réaliser cette correction optique pour vous, automatiquement. C’est un effort appréciable pour augmenter la qualité des clichés pris.

Ce premier pas donne envie. Très envie. Pourquoi ne pas aller un tout petit peu plus loin et proposer une correction plus ambitieuse qui prenne en compte tous les défauts :

  • géométriques : les distorsions qui courbent les bords des images,
  • chromatiques : les anomalies qui affectent le rendu des couleurs.

C’est le genre de travail réalisé en post-production par les photographes avisés, à l’aide de logiciels dédiés et de profils spécifiques à leur équipement. Une population d’acheteurs malheureusement en dehors de la cible de HTC. Next time ?

HDR

Aujourd’hui en photographie on désigne par HDR (High Dynamic Range, imagerie à grande dynamique) la possibilité de représenter sur une seule image les zones très sombres et très lumineuses d’une même scène. Très souvent dans un environnement fortement contrasté le photographe ; ou les automatismes de l’appareil ; doivent décider de favoriser les ombres ou les lumières. Travailler en HDR élimine la nécessité de ce choix.

Le terme HDR ne désigne que le résultat, ses procédés d’obtention sont multiples. Le plus courant consiste à réaliser plusieurs clichés de la scène (idéalement au moins 5), en variant l’exposition de chaque clichés pour au final les mélanger. De la façon dont est réalisé ce mélange dépend l’esthétique du résultat, qui pourra être parfaitement surréaliste.

Les différents procédés pour réaliser de la HDR ne sont en fait justifiés que par la faiblesse actuelle des capteurs numériques : leur plage dynamique est limitée. Ils sont mis en difficulté lorsqu’il faut retranscrire des contrastes dans les hautes et les basses lumières. Cette dynamique est le fruit de plusieurs paramètres, électroniques et physiques. La taille des photosites est prépondérante dans la performance finale : plus un photosite est grand, plus il peut recevoir de photons (ces particules élémentaires de lumière) ce qui améliore sa dynamique.

La capacité de capture vidéo HDR que revendique HTC se base sur ces 2 principes :

  • Une taille de photosites supérieure à la moyenne des smartphones, ce qui favorise la dynamique du capteur,
  • Un flux vidéo doublé puis assemblé : la capture vidéo HDR se fait à une cadence de 60 i/s où une image sur deux est légèrement surexposée alors que la suivante est sous-exposée. Les 2 images sont ensuite combinées pour donner une vidéo HDR en 30 i/s. Petit bémol, le constructeur semble avoir été contraint de travailler avec un balayage entrelacé pour implémenter cette idée.  Concrètement chaque image du flux original à 60 i/s n’est pas une image complète. Elle ne contient que les lignes paires (ou impaires). C’est lors de la recomposition finale que le processeur crée une image « entière ».

 

La comparaison : UltraPixel vs. PureView

C’est une comparaison attendue. En 2012, Nokia a marqué les esprits à 2 reprises. Une première fois avec le 808 PureView, qui propose l’improbable résolution de 41 MégaPixels et une seconde fois avec le Lumia 920 PureView, premier smartphone à être équipé d’une stabilisation optique.

Que vaut UltraPixel face aux 2 générations de PureView ? Seuls les tests terrain permettront de répondre fiablement à cette question. Aujourd’hui il est simplement possible de constater que, pour partie, les idées fondatrices derrière ces 2 technologies sont similaires.

  • Augmenter la taille des photosites pour augmenter la quantité de lumière perçue : Nokia et HTC ont considéré que la résolution d’une image n’est pas le paramètre le plus important et qu’une résolution raisonnable est suffisante pour la plupart des situations de la vie courante des usagers (5 MP étant le réglage par défaut du 808 PureView, 4 MP celle du One). Il est vrai que les images prises avec un smartphone sont souvent partagées en ligne via des services comme Facebook ou Instagram, peu prompts à respecter la qualité d’une image. Dans cette configuration pourquoi avoir besoin d’une haute résolution ?
  • Optimiser les résultats en faible luminosité : réduire les flous de bougé tout en permettant d’augmenter les temps de pose. La réponse technique est la même chez les taïwanais et les finlandais, elle se fait via l’incorporation de la stabilisation optique aux smartphones.

Si certains bénéfices utilisateurs permettent de les rapprocher, les 2 concepts ne sont pas pour autant égaux. PureView propose par exemple d’autres avantages, tel son zoom. De plus les différences ne se limitent pas aux fonctionnalités. Exemple, les solutions misent en œuvre au niveau du capteur divergent clairement :

  • HTC a travaillé sur la taille physique des photosites (2µm),
  • Nokia a imaginé le concept de photosites logiques (permettant d’atteindre une taille virtuelle de photosite proche de 5µm) et le sur-échantillonnage,

Ces solutions agissent comme autant de contraintes et de libérateurs. Une différence majeure dans la comparaison UltraPixel vs. PureView se joue ainsi sur la taille. Le principe suivi par HTC permet de conserver un module photographique de taille standard. Il n’y a ainsi aucun impact sur la ligne ou l’encombrement de l’appareil. A l’inverse, PureView Phase 1 a conditionné la silhouette du Nokia 808 PureView.

 

Conclusion

Terminologiquement UltraPixel est une désignation marketing. Ce terme qualifie une idée plus qu’il ne décrit une mesure. Il cherche principalement à faire oublier l’humilité des 4 MégaPixels en bombant le torse. Soit. Ce n’est pas pour autant qu’il faut le dénigrer.

UltraPixel est la réponse d’HTC aux problématiques photographiques des smartphones. C’est leur vision du compromis compacité / qualité / usages. Avec 4 MégaPixels, HTC a volontairement fait le choix d’orienter son appareil vers la capture d’instantanés, des tranches de vie destinées à vivre sur les réseaux sociaux plutôt que de lui offrir une place dans les galeries d’art, ses photos imprimées en poster. Sauf raté de la part d’HTC, sur le papier le One possède les arguments pour se révéler plus doué que la moyenne en basse lumière et son mode rafale devrait surprendre. Côté vidéo la stabilisation devrait faire des merveilles et l’inclusion de la HDR est à saluer, même si le fait de travailler sur un flux entrelacé peut laisser sceptique quant à la bonne capture de mouvements rapides.

HTC signe avec le concept UltraPixel une copie intéressante. Le constructeur prend à contrepied la tendance établie du marché et semble fermement décidé à proposer une meilleure qualité photo à ses clients. Si cette seule démarche est déjà hautement louable, la solution proposée est assurément originale. Mais les meilleures intentions ne peuvent se substituer aux résultats terrain, qui seront au final le seul juge.

Maintenant est-ce que les résultats suivront ? Est-ce que cette base technique prometteuse sera servie par un paramétrage permettant de restituer sans triche l’ambiance (colorimétrie, luminosité, …) des scènes capturées ? Est ce que les clients adhèreront et évolueront dans leur perception des MégaPixels ? Si c’est la condition à une évolution positive du marché, nous l’espérons.

@fneuf

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