Assemblage photo : panoramas numériques

L'assemblage photo numérique (photo stitching) pour mosaïques et panoramas permet de créer des images d'une résolution supérieure et/ou d'un angle de vue plus large que ce qu'autorisent ordinatoirement l'appareil ou les objectifs, offrant des tirages plus détaillés et des perspectives panoramiques plus spectaculaires. Pourtant, obtenir un résultat sans couture visible est plus complexe que de simplement aligner des photos ; il faut aussi corriger la perspective et la distorsion d'objectif, identifier des correspondances pixel-par-pixel entre les sujets, et fusionner correctement chaque photo au niveau de la jonction. Ce tutoriel explique le fonctionnement de ce processus et les obstacles courants, quel que soit le logiciel utilisé.

Vue d'ensemble : voir le grand tableau

L'assemblage d'un panorama peut exiger une séquence d'étapes complexes, variant selon le sujet ou le type de panorama. Cette procédure se simplifie en plusieurs groupes d'étapes étroitement liés, chacun pouvant être traité séparément. Les sections suivantes détaillent chaque étape, terminologie et approches alternatives.

ÉTAPE 1 : installation physique de l'appareil, configuration pour capturer toutes les photos de manière identique, puis prise de la série. Résultat : un ensemble d'images couvrant tout le champ de vision, toutes prises depuisvirtuellement le même point de perspective.

ÉTAPE 2 : première étape dans le logiciel d'assemblage ; choix de l'ordre et du positionnement précis alignant mutuellement toutes les photos. Cela peut être automatique ou demander la sélection manuelle de paires de points de contrôle devant se superposer exactement dans l'image finale. Cette étape peut aussi nécessiter la saisie des réglages appareil/objectif pour que le logiciel estime l'angle de vue de chaque photo.

ÉTAPE 3 : définition de la perspective via des repères (horizon, lignes droites, point de fuite). Pour les panoramas à grand angle, il faut aussi choisir le type de projection. Le type de projection influence si et comment les lignes droites deviennent courbes dans l'image finale.

ÉTAPE 4 : décalage, rotation et distorsion de chaque photo pour minimiser la distance moyenne entre tous les points de contrôle tout en conservant la perspective choisie. Cette étape requiert une interpolation numérique sur chaque image et est souvent la plus gourmande en calcul.

ÉTAPE 5 : réduction ou élimination de la visibilité des jonctions par fusion progressive d'une photo dans l'autre. Étape optionnelle, parfois combinée à l'étape précédente, ou impliquant un placement personnalisé de la jonction pour éviter les objets mobiles (personnes, etc.).

ÉTAPE 6 : recadrage du panorama aux dimensions souhaitées (rectangulaires ou autres). Peut inclure retouches et post-traitement : niveaux, courbes, couleurs, netteté.

Le panorama résultant fait 20 mégapixels, bien que l'appareil utilisé soit sous 4 mégapixels. Ce gain de détail, habituellement réservé à du matériel bien plus onéreux, est obtenu ici avec un compact de voyage peu coûteux. Les étapes se résument ainsi :

Étape 1	Installation et acquisition des photos
Étape 2	Choix de l'alignement et saisie des specs appareil/objectif
Étape 3	Choix de la perspective et du type de projection
Étape 4	L'ordinateur décale, rotate et distord les photos selon les étapes 2 et 3
Étape 5	Fusion manuelle ou automatique des jonctions
Étape 6	Recadrage, retouches et post-traitement

Les étapes 2 à 6 se font sur ordinateur via un logiciel d'assemblage, après la prise de vue. La suite de ce tutoriel examine en profondeur l'étape 1 ; les détails des étapes 2 à 6 sont dans la deuxième partie. Vous verrez que les panoramas ne sont pas toujours simples et exigent de nombreuses décisions interprétatives.

Contexte : erreur de parallaxe et tête panoramique

La taille et le coût de l'équipement panoramique varient selon l'usage. Savoir identifier quand du matériel supplémentaire est nécessaire fait gagner temps et argent. Deux scénarios types selon l'équipement requis :

Scénario #1
Photos main levée ou sur trépied, sans sujet au premier plan rapproché.
TÊTE PANORAMIQUE NON REQUISE

Scénario #2
Photos sur trépied avec sujet au premier plan présent sur plusieurs images.
NÉCESSITE UNE TÊTE PANORAMIQUE

Les panoramas exigent que l'appareil pivote autour du centre optique de l'objectif, conservant le même point de perspective pour toutes les photos. Si l'appareil ne pivote pas autour de son centre optique, ses images peuvent devenir impossibles à aligner parfaitement ; ces désalignements sont l'erreur de parallaxe. Une tête panoramique est un dispositif assurant la rotation de l'appareil et de l'objectif autour de leur centre optique.

Note : Le centre optique est souvent appelé « point nodal », terme pas tout à fait exact. « Pupille d'entrée » est plus précis, mais désigne une petite zone, pas un point unique. Le point visé est le centre de la pupille d'entrée, aussi appelé « point sans parallaxe » ou « point de perspective ».

Le scénario 2 est bien plus sensible à l'erreur de parallaxe à cause du premier plan. Avec le scénario 1, de petits écarts par rapport au centre optique ont un impact négligeable, autorisant la prise de vue main levée.

Pour comprendre l'importance du premier plan, observons deux photos adjacentes et chevauchantes d'un panorama. Les deux piliers roses représentent le sujet d'arrière-plan et celui de premier plan. L'angle de gauche est la position initiale ; celui de droite, après rotation.

Pour une rotation incorrecte, le changement de perspective est dû à l'erreur de parallaxe (rotation pas autour du centre optique). Survolez les trois boutons ci-dessous pour voir l'effet de chaque scénario :

Rotation incorrecte :	Scénario #1	Scénario #2
Rotation correcte :	Scénario #2 avec tête panoramique

SCÉNARIO #1 : Chaque photo du panorama n'a plus la même perspective. Un certain désalignement peut survenir, mais le problème est bien moins marqué qu'avec des objets de premier plan rapprochés (scénario #2).

SCÉNARIO #2 : Le désalignement est bien plus grand quand des objets de premier plan apparaissent sur plusieurs photos. Il devient indispensable de pivoter précisément autour du centre optique, nécessitant généralement une tête panoramique (scénario final).

SCÉNARIO #2, TÊTE PANORAMIQUE : La perspective est maintenue car l'objectif pivote correctement autour de son centre optique. Sur l'image de droite, les rayons lumineux des deux piliers coïncident encore, et le pilier arrière reste derrière l'avant. Les panoramas d'intérieurs exigent presque toujours une tête panoramique, alors que les vues d'horizon n'en ont presque jamais besoin. Les panoramas multi-rangées ou sphériques peuvent aussi nécessiter une tête sur trépied maintenant l'objectif au centre de rotation pour les mouvements verticaux.

Avec soin, l'erreur de parallaxe peut devenir indétectable en panorama main levée sans sujet de premier plan. L'astuce : tenir l'appareil juste au-dessus d'un pied, puis pivoter le corps sur la plante de ce pied en gardant l'appareil à la même hauteur et distance.

ÉTAPE 1 : CONFIGURATION APPAREIL ET PRISE DE VUE PANORAMA

Réaliser un panorama numérique consiste à faire pivoter systématiquement l'appareil par incréments pour couvrir le champ souhaité. L'incrément et le nombre d'images dépendent de l'angle de vue par photo (déterminé par la focale) et du chevauchement entre photos. L'image ci-dessous est composée de deux rangées de quatre photos ; l'appareil a balayé de gauche à droite sur la rangée du haut, puis descendu à la seconde et balayé de droite à gauche sur la moitié inférieure.

Au-delà de minimiser la parallaxe, la clé d'un panorama sans couture est d'assurer que chaque photo est prise avec des réglages identiques. Tout changement d'exposition, mise au point, éclairage ou balance des blancs crée un décalage visible. Avec un reflex numérique, il est fortement recommandé de photographier en mode d'exposition manuel et en RAW. Ainsi la balance des blancs peut être uniformisée pour tous les clichés, même après la prise de vue.

Avec un compact, beaucoup incluent un mode panoramique qui affiche l'image précédente à l'écran avec la composition actuelle. Très utile main levée pour vérifier l'horizontalité et le chevauchement suffisant. Ces modes verrouillent l'exposition et la balance des blancs sur la première photo (ou à la première pression à mi-course du déclencheur).

Les panoramas peuvent couvrir un angle très large, jusqu'à 360°, et englober une gamme d'éclairage drastique. Cela pose problème pour le choix de l'exposition : viser vers ou contre le soleil peut rendre le reste du panorama trop sombre ou trop clair.

Souvent, l'exposition intermédiaire s'obtient en visant perpendiculairement à son ombre, en mode auto (comme pour une photo unique), puis en reprenant ce réglage manuellement pour toutes les photos. Selon l'intention artistique, on peut préférer exposer pour les hautes lumières afin de préserver les détails. Sur compact, on verrouille l'exposition via le mode panoramique : maintenir le déclencheur à mi-course à l'angle intermédiaire, puis shooter dans l'ordre souhaité (en gardant le déclencheur à mi-course avant la première photo).

Assurez-vous que chaque photo chevauche d'environ 10 à 30 % ses voisines. Le pourcentage n'a pas à être exact ; un chevauchement trop fort augmente le nombre de photos nécessaires, trop faible laisse une zone trop courte pour fondre ou repositionner les jonctions.

Si votre panorama contient des zones en mouvement (eau, personnes), essayez d'isoler le mouvement dans un seul angle de prise de vue. Ainsi on évite qu'une personne apparaisse deux fois, ou qu'un objet mobile se trouve sur la jonction entre deux images. Sur l'image de gauche, les gardes suisses colorés marchaient de côté, mais le tiers inférieur était contenu dans une seule photo.

Autre considération : orientation paysage ou portrait pour un panorama une rangée. Le format portrait peut atteindre près de 2,25 fois plus de mégapixels (même sujet) pour les capteurs 3:2 (même chevauchement 20 %). L'inconvénient : le portrait exige une focale plus longue, donc une ouverture plus petite pour la même profondeur de champ (grossissement accru).

Autres points : résolution totale et profondeur de champ. On peut augmenter drastiquement les mégapixels d'une photo assemblée en utilisant plus d'images. Mais pour garder la même profondeur de champ, il faut des ouvertures progressivement plus petites (f-numbers plus grands) à mesure que le nombre d'images augmente (même angle de vue). Cela peut rendre certaines résolutions quasi impossibles à cause du temps de pose requis ou de la diffraction.

Le calculateur ci-dessous montre comment le nombre de mégapixels et les réglages d'objectif changent pour une mosaïque assemblée d'une scène qui aurait pu tenir en une seule photo. Utile aussi pour estimer rapidement la focale nécessaire pour englober une scène.

Note : Le calculateur suppose que toutes les photos sont dans la même orientation (paysage ou portrait) et à faible grossissement. Les exigences de profondeur de champ supposent que la photo unique et la mosaïque sont tirées au même format. En réalité, les mosaïques sont souvent tirées plus grand, nécessitant un f-stop encore plus élevé.

On voit que même de petites mosaïques exigent vite des ouvertures et temps de pose impraticables pour maintenir la profondeur de champ. Cela montre que les panoramas numériques et mosaïques assemblées sont techniquement plus difficiles à maîtriser que les photos uniques. Notez aussi que le chevauchement réduit la résolution finale (par rapport à la somme des mégapixels individuels) : l'assemblage n'est pas un moyen efficace de stocker des données sur une carte mémoire. Le calculateur ci-dessous estime les mégapixels totaux du panorama en pourcentage de la somme des photos sources.

*note : « efficacité photo » = mégapixels du panorama final / total des mégapixels des images sources.

Évitez le filtre polarisant pour les panoramas à très grand angle, car de forts changements de luminosité du ciel peuvent apparaître. Rappel : le polarisant assombrit le ciel au maximum à 90° du soleil, et pas du tout face ou dos au soleil. Un panorama couvrant 180° de ciel verra des zones où le polarisant agit à fond et d'autres pas du tout. Un gradient de ciel fort et peu naturel apparaît sur la photo de l'arche à droite. De plus, les polarisants peuvent rendre les bords de chaque photo beaucoup plus difficiles à assembler sans couture visible.

Méfiez-vous des scènes à lumière changeante rapide (nuages traversant le ciel et éclairant sélectivement le paysage). De telles scènes peuvent être assemblées, mais essayez d'éviter que des zones de lumière (ou d'ombre) mobiles ne se trouvent sur les jonctions.

Enfin, veillez à ce que chaque photo pivote à travers le ciel dans une direction systématique, type grille. Sur de grands panoramas, on dérive facilement vers le haut ou le bas, obligeant à recadrer inacceptablement (voir ci-dessous).

Ce problème s'évite en plaçant l'horizon à une position prédéfinie sur chaque photo (ex : mi-hauteur, ou tiers supérieur).

Pour approfondir :
Partie 2 : Utiliser un logiciel d'assemblage photo