Voici comment fonctionne l'effet bokeh dans les smartphones

Qu'est ce que l'effet bokeh ?

Un arrière-plan flou dirige le regard de l’observateur vers le sujet au premier plan. Cet effet est appelé bokeh, du mot japonais signifiant « flou ».  Le mode bokeh est souvent appelé « mode portrait », car il est particulièrement adapté à cet usage

Expliquons tout d’abord les concepts de netteté et de flou. Plus le diamètre de la lentille de l’objectif est grand, plus les rayons lumineux s’éloignent rapidement dans la trajectoire du faisceau. Les objectifs n’ont alors plus une forme de point, mais deviennent des cercles de plus en plus grands à mesure que le diamètre de l’objectif augmente. Dès que l’un de ces cercles est plus grand qu’un pixel, l’image correspondante devient floue. 

Si le diamètre de la lentille est important, la distance focale de l’optique l’est également. Plus cette distance focale est élevée, plus la mise au point est sélective. Les données des smartphones (ici 24 ou 26 millimètres) n’indiquent pas la véritable distance focale des objectifs. Nous indiquons ici la distance focale équivalente (35mm). C’est la distance focale dont un objectif a besoin avec une petite lentille de 36x24 mm pour avoir le même angle d’image que la combinaison d’objectifs du smartphone. Les distances focales réelles des objectifs grand-angle des smartphones sont plus dans une plage de 4,0 à 4,5 millimètres.

Les smartphones, avec leur mini-objectifs et leurs focales minuscules, peuvent difficilement retranscrire la profondeur de champ. Sachant qu’il existe un facteur d’influence important : la distance du sujet. Moins elle est élevée, plus la profondeur de champ est sélective (un effet que la plupart d’entre vous auront déjà observé sur les photos macro prises avec un smartphone).

La puissance de calcul pour remplacer la taille de l’objectif

Ce que les smartphones ont à offrir, c’est une grande puissance de calcul, ainsi que d’autres moyens physiques pour imiter les effets en éditant les images. Fondamentalement, la méthode est toujours la même : l’appareil photo différencie le premier plan et l’arrière-plan, et brouille ce qui se trouve à l’arrière. Plus le sujet et le premier plan sont proches, plus l’effet est convaincant.

Certains défauts sont récurrents avec ce genre de procédés, comme la difficulté de ne pas flouter l’extrémité des cheveux. L’arrière-plan visible à travers des lunettes n’est pas non plus flouté correctement, comme ce serait le cas avec un effet bokeh optique.

Les expériences pour permettre la représentation de la profondeur de champ sur un smartphone ne sont pas nouvelles. Le HTC One (M8) et certains appareil Nokia avec Windows Phone (paix à leur âme) s’y étaient déjà essayé. Mais la qualité de l’effet bokeh et la vitesse de traitement n’était pas suffisants, de sorte que les smartphones n’ont commencé que récemment à offrir des effets convaincants.

Le HTC One (M8) et les appareils Nokia mentionnés utilisent des approches différentes, qui distinguent toujours la majorité des smartphones actuels. Dans les paragraphes suivants, nous évoquons leur différence et les avantage et inconvénients de chaque méthode.  En dehors de Sony, LG et HTC (à l’exception du One M8), tous les grands fabricants proposent aujourd’hui la fonction bokeh sur leurs appareils haut de gamme.

Un double appareil photo pour l’effet bokeh

Comme le pionnier HTC et son One M8, de nombreux smartphones proposent aujourd’hui un double objectif d’appareil photo pour calculer la profondeur de champ de la scène photographiée. A l’image du cerveau et de ses deux yeux, le smartphone utilise le décalage des deux lentilles. Le logiciel applique ensuite un flou aux parties de l’image identifiées en tant qu’arrière-plan.

Des distances focales identiques

Les deux appareils photo présents sur les smartphones de Huawei, Honor, Nokia et Motorola utilisent les mêmes distances focales pour les deux capteurs. La fonction Bokeh est donc disponible pour les photos grand angle. Dans des modèles moins haut de gamme comme le Honor 7X, la seconde caméra possède seulement 2 mégapixels. Son seul but est la création de la profondeur de champ.

Il est cependant possible de trouver un autre but pour ce capteur, comme le Huawei Mate 10 Pro qui utilise son second objectif pour des photographies en noir et blanc à haute résolution afin de donner des informations de luminosité supplémentaires à l’image RVB de l’objectif principal. Cela permet d’améliorer la qualité de l’image, en particulier avec le zoom numérique. Le OnePlus 5T, en revanche, utilise le second objectif de l’appareil photo pour les prises de vue nocturnes.

Des distances focales différentes

D’autres modèles, comme l’Asus ZenFone 4, les iPhone ou le OnePlus 5, proposent des distances focales différentes pour les deux objectifs. L’effet bokeh ne peut pas dans ce cas être utilisé pour un rendu grand angle. L’objectif principal ne peut prendre la profondeur de champ de l’objectif grand angle. En revanche, l’inverse fonctionne : Une photo prise avec l’objectif standard peut utiliser l’objectif grand angle pour la profondeur de champ.

Cette restriction ne devrait pas être très grave dans la pratique. Pour les photos en mode portrait, les distances focales de l’objectif standard donnent de toute façon de meilleurs résultats. Le Galaxy Note 8 est un cas particulier en la matière : le capteur grand angle offre un autofocus dual pixel, ce qui devrait permettre en théorie un effet bokeh sans second objectif. Mais nous y reviendrons plus tard.

Des cas particuliers

Avec certains systèmes plus complexes, la profondeur de champ n’est pas déterminée à partir du décalage des deux lentilles. L’appareil photo avant de l’iPhone X, par exemple, projette un motif de points infrarouges dans l’environnement, permettant de reconnaître le visage de l’utilisateur mais aussi de nettoyer l’image. Huawei travaille sur un système similaire.

L’Asus Zenfone AR ou le Lenovo Phab 2 Pro vont également plus loin, avec leur objectif « time-of-flight » intégré sous l’objectif principal. Ces smartphones scannent la pièce à l’aide d’un laser infrarouge, ce qui permet une portée accrue. Cette technologie, pilotée par Google dans le cadre du Projet Tango, n’est cependant pas encore au point. Nous avons déjà traité ici du projet Tango et des appareils photo ToF.

Effet bokeh avec un seul objectif

Vous connaissez cet effet : en gardant un œil fermé, votre perception de la profondeur est limitée. Alors, comment les smartphones parviennent-ils à distinguer le premier plan et l’arrière-plan avec un seul objectif ?

Pour les Windows Phone mentionnés ci-dessus, il existait une application appelée Refocus. Les smartphones prenaient des photos avec différentes distance de mise au point, et l’ordinateur pouvait ainsi sélectionner les zones à flouter. Cela fonctionnait plutôt bien, mais la prise de vue était bien trop lente. De nos jours, les logiciels d’appareil photo permettent cet effet de façon beaucoup plus rapide.

Le Google Pixel 2 offre un effet bokeh avec un seul objectif. Ceci grâce à une fonctionnalité offerte par le capteur d’image IMX362, à savoir l’autofocus dual pixel. Chaque pixel de l’image est divisé ici en deux moitiés. Comme avec les doubles appareils photo, il est possible de générer deux images légèrement décalées. Cependant, la mise en œuvre est plus complexe qu’avec deux capteurs, puisque le décalage correspond à la moitié du diamètre de la lentille. La génération de Pixels actuelle combine une série de photos pour rendre la profondeur, toute en analysant l’image par intelligence artificielle.

Samsung utilise également un autofocus dual pixel sur les Galaxy S8 et S8+ (le Sony IMX333), mais a pour l’instant renoncé à offrir une véritable fonction bokeh. La mise au point sélective ne fonctionne qu’avec les photos macros, et sans vraiment être paramétrable par l’utilisateur. Avec la mise à jour Oreo à venir, les deux smartphones de Samsung devraient proposer un véritable effet bokeh. D’autres smartphones équipés d’un autofocus dual pixel (comme le HTC U11 ou le Moto G5 Plus), n’ont pas encore accès à cette fonction. Cela pourrait cependant arriver avec une mise à jour du logiciel.

Qu’en pensez-vous ?

Il existe de nombreuses possibilités pour rendre un effet bokeh, même avec de petits objectifs de smartphones. Laquelle de ces approches préféreriez-vous pour votre prochain smartphone ? Vous pouvez partager votre avis dans les commentaires sur les avantages et les inconvénients de chaque méthode