Les distorsions, explications et remèdes

Lorsqu’à l’élaboration du planning de publications, je me suis vu attribuer le sujet « Les distorsions », je me suis dit : « facile, on en parle dans la plupart des tests d’objectifs que l’on fait ». Grosse erreur, car non, ce n’est pas si facile que cela. Pour preuve, je n’ai jamais vu le sujet traité ces dernières années par les magazines spécialisés photo (PentaxKlub avait cependant déjà publié un article sur ce sujet en octobre 2018). Et quand, comme moi, on n’est pas de nature scientifique, on doit rechercher dans diverses autres sources les raisons pour lesquelles se produisent des phénomènes de distorsion.

Cela fait, comment remédier aux défauts constatés ? Eh bien, on va essayer de le savoir !

Qu’est-ce que la distorsion ?

S’il existe des distorsions dans différents domaines, il est évident qu’ici nous ne parlerons que de distorsion géométrique dans le domaine de l’optique. Selon la définition du Larousse, c’est un « défaut d’une image dans laquelle certaines formes géométriques des objets ne sont pas respectées. (Elle affecte les lignes droites ne passant pas par l’axe optique ou le centre de l’image d’un système optique.) »

Si l’on approfondit un peu, on est obligé d’évoquer l’approximation de Gauss qui concerne les angles d’incidence des rayons par rapport à l’axe optique de l’élément optique (lentille/diaphragme).

Cela signifie que, en raison de l’imperfection des systèmes optiques (objectifs), les points composant une image ne sont pas reproduits, sur le support d’image (capteur, pellicule) exactement de la même manière (positionnement) que sur l’élément photographié. Je me garderai bien, ici, d’aller plus loin dans l’explication : les lecteurs trouveront facilement, sur le Net, des réponses bien plus pertinentes que celles que je pourrais formuler ! En saisissant des termes tels que « distorsion optique », « lentilles asphériques » dans un moteur de recherches, il ne fait aucun doute que les résultats de la recherche ne manqueront pas. A chacun ensuite de s’attacher à la lecture, et bon courage !

Une autre excellente démarche est de lire les pages 93 et 94 (et d’autres aussi, avant celles-là !) de l’excellent ouvrage de Jost J. Marchesi, « Les fondamentaux de l’Optique » publié aux Editions Eyrolles dans la série « Les cours photo ».

Les manifestations de la distorsion

Quand on observe une image et que l’on constate que les lignes droites, qui devraient être verticales ou horizontales, ne le sont pas réellement, on peut se poser la question de la distorsion.

Ici, elle est évidente :

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Verticales fuyantes

 

Attention cependant : on ne parle pas, ici, des déformations induites par l’utilisation de certains objectifs tels que les fish-eyes qui sont conçus pour produire des images circulaires, ou presque. Dès lors, les déformations constatées sont parfaitement normales pour les objectifs en question, et parfaitement assumées par leurs utilisateurs. Mais on peut envisager les déformations que produisent certains ultra-grands-angles voire de simples grands-angles. Ces déformations sont normales dès lors que l’axe de prise de vue capteur-sujet n’est pas orthogonal.

Sont particulièrement concernées les prises de vue « en plongée » (c’est-à-dire de haut en bas : l’appareil est situé au-dessus du sujet) et en « contre-plongée », ce qui est l’inverse. On en a des exemples chaque fois que, de la rue, on veut photographier un immeuble relativement élevé que ce soit à Manhattan ou ailleurs ! Pour autant, bien sûr, qu’on veuille le faire entrer tout entier dans le cadre. Pas de problème, en principe, si l’on s’en tient à photographier les 2 ou 3 plus bas étages.

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Tour Montparnasse
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Tour Montparnasse (autre vue)

Il faudrait, sinon, se placer en hauteur pour minimiser l’effet. Cette solution, valable pour de petits immeubles, est difficile à mettre en œuvre pour de très hautes tours.

Les distorsions « vraies »

Ce que l’on évoque ici, ce sont les déformations des lignes verticales et/ou horizontales, alors même que l’axe de prise de vue est bien orthogonal par rapport au sujet. Ce sont les images que nous tentons de produire à chaque test d’objectif. Il faut se placer face à un mur de briques, bien plan, de préférence bien construit, évidemment. On place l’appareil, sur trépied, à une distance variable selon la focale de l’objectif, de telle manière que le plan du capteur soit bien parallèle à celui du mur, et que l’axe de prise de vue soit perpendiculaire, aussi parfaitement que possible, au mur photographié. Puis on déclenche selon les besoins, en ayant pris le soin de faire quelques essais au préalable ! En effet, il faut s’assurer que la procédure est bien respectée.

A l’examen des images sur l’ordinateur (car sur l’écran de l’APN on ne voit rien !), on vérifie, au moyen des outils logiciels dont on dispose, la verticalité et l’horizontalité des lignes de briques. Avec des objectifs bien fabriqués, on ne voit généralement que peu ou pas de défauts. En tous cas, sur des photos « courantes », c’est-à-dire celles où l’on ne cherche pas à créer des distorsions. Avec d’autres objectifs, c’est nettement plus visible. Et la focale de l’objectif, si elle entre bien sûr, en ligne de compte, n’est pas obligatoirement déterminante.

Ce qu’il faut savoir, c’est que les distorsions constatées seront, grosso modo, d’autant plus visibles que la focale sera courte et le sujet proche. Elles le seront beaucoup moins avec des longues focales et/ou si le sujet est éloigné. Et, en pareil cas, il ne sera pas forcément utile de les corriger.

Les types de distorsion

Quel que soit le type observé et à moins que ce soit un effet recherché par le photographe (après tout, pourquoi pas ?), les distorsions dénaturent la réalité du sujet photographié.

Très majoritairement, encore une fois, elles sont imputables à l’utilisation d’objectifs de type grand angle. Les longues focales, du fait de leur angle de champ réduit, produisent très rarement des distorsions de ce type (mais elles peuvent avoir d’autres défauts !).

Image sans distorsion

Les lignes d’une telle image apparaîtraient ainsi :

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Sans distorsion
La distorsion en barillet

On observe des déformations convexes sur les bords de l’image, comme dans l’exemple ci-dessous. L’image tend vers le circulaire sans toutefois l’atteindre (sinon, on aurait affaire à un vrai fish-eye).

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Distorsion en barillet

 

La distorsion en coussinet

Dans ce type d’image, les déformations sont concaves : les lignes tendent à « rentrer » vers le centre de l’image :

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Distorsion en coussinet

 

Remédier aux distorsions

Il existe plusieurs manières de faire, pas obligatoirement cumulatives.

Soigner ses prises de vue

On part du principe qu’on n’est pas dans un test d’objectif et donc que, loin de les rechercher, on veut éviter les distorsions.

Si l’on subodore que l’objectif utilisé est susceptible d’en produire, ou si on le sait avec certitude, la première précaution est bien entendu de soigner le cadrage et la prise de vue en général. Bien sûr, dans les autres cas, il faut la soigner aussi, mais c’est parfois moins crucial.

Dans la mesure du possible, il faut éviter qu’au moment du déclenchement, l’appareil photo soit incliné vers le haut ou vers le bas. Car si distorsion il devait y avoir, elle serait alors amplifiée par l’angle d’inclinaison haut-bas de l’appareil.

On peut remarquer, au passage, que ce n’est pas si facile que ça, car on a tendance à placer le sujet en plein centre du cadre dans le sens vertical. Cela conduit à une image 50/50 dans le sens de la hauteur, ce qui est souvent peu esthétique. On pense à ces paysages de bord de mer ou le ciel et l’eau se partagent à égalité l’espace. Si l’on y est contraint, meubler le premier plan (primordial avec un grand angle) devient alors crucial.

Sur un APN doté d’une fonctionnalité de niveau électronique, il sera facile de vérifier cette inclinaison dans le viseur. Et si on opère appareil sur trépied, il est alors souhaitable que celui-ci soit équipé d’un niveau à bulle pour faciliter le cadrage. Cela n’exclut d’ailleurs pas la précaution précédente !

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(curseur à droite : image d’origine, curseur à gauche : image corrigée)

Le redressement de l’image implique un recadrage plus ou moins important. Ici, il est visible mais n’altère pas trop la lisibilité de l’image.

Utiliser du matériel de qualité

Objectifs rectilinéaires

On entend par là des objectifs (souvent de type rectilinéaire) qui, par construction, ne produisent pas (ou très peu) de distorsions optiques. Pourquoi ? Parce qu’ils contiennent, pour la plupart, une ou plusieurs lentilles dites « asphériques ». Elles sont étudiées pour limiter ou supprimer l’aberration de sphéricité dont peuvent souffrir les objectifs. Bien entendu, cela en renchérit le prix. Il n’est pas nécessaire que dans un objectif toutes les lentilles soient de type asphérique : bien souvent, 1 ou 2 lentilles de ce type sont suffisantes pour obtenir des corrections significatives.

Nota : on observera que les objectifs à formule optique de type « symétrique » ne produisent pas de distorsions. Ces objectifs, plutôt rares de nos jours, sont des focales fixes, la symétrie ne pouvant a priori pas exister sur des zooms.

Objectifs à décentrement

Ces objectifs, rares et chers, ont remplacé, pour le format 24*36, les chambres photographiques.

Ces chambres, de grand format par rapport à un capteur 24*36, avaient l’insigne avantage de ne pas entraîner de distorsions. Et c’était très apprécié en photo d’architecture notamment.

Hélas, si la photo d’architecture existe toujours, elle n’est plus très souvent pratiquée (sauf cas particuliers) au moyen de chambres encombrantes et difficilement transportables. Cela dit, il existe encore des photographes qui pratiquent toujours la photo à la chambre : leur objectif, si l’on peut dire, n’est pas de produire une grande quantité de clichés mais plutôt des clichés de grande qualité et aussi exempts de défauts que possible. Il n’est pas rare dès lors que la prise d’une seule vue dure des heures ! Inimaginable aujourd’hui pour la plupart des amateurs.

S’agissant des objectifs à bascule et décentrement (dits « tilt-shift »), Pentax avait à son catalogue l’excellent SMC Pentax 28mm F3.5 SHIFT. Il fournissait des résultats de qualité… quand on avait réussi à le maîtriser mais n’est plus produit depuis 2004 et n’a pas été remplacé.

Il a existé d’autres objectifs à décentrement pour Pentax, par exemple le Samyang 24mm f/3.5 Tilt Shift : il n’est plus produit non plus. Les pentxistes sont désormais démunis que ce plan ! Dès lors, s’il se produit des distorsions dans nos images Pentax, il ne reste plus qu’à les corriger en port-traitement. L’avantage du numérique s’avère ici déterminant.

Correction en post-traitement

Selon le logiciel utilisé, on ne disposera pas obligatoirement de toutes les fonctionnalités dédiées à ces corrections. Mais les plus importantes seront présentes. On ne peut que renvoyer chacun(e) à son logiciel favori.

Pour ce qui concerne celui que j’utilise régulièrement, voici des options proposées par le menu « Géométrie » et l’option « correction de la distorsion » :

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Menu « Géométrie »
Distorsion
Le menu « correction de perspective »
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Menu « Correction de la distorsion »
La correction de distorsion de l’objectif

Dans le menu « Géométrie » ci-dessus, c’est l’option « Correction de distorsion de lentille »

Beaucoup de logiciels disposent de « profils » pour les objectifs, certains éditeurs en faisant même un préalable (DxO par exemple) pour le traitement des images produites avec ces objectifs.

Il faut avoir conscience que ces profils sont « généralistes » pour l’objectif considéré et qu’ils ne peuvent pas pallier les défauts spécifiques dont serait affecté l’exemplaire utilisé.

Toutefois, quand ce type de correction existe, il serait dommageable de s’en passer, même si la correction n’est pas aussi efficace qu’on le souhaiterait. Dans ce cas, il faudra se tourner vers d’autres possibilités, en substitution ou en complément.

Ce qui est regrettable, c’est que les listes d’objectifs pour lesquels des corrections ont été élaborées, ne sont pas toujours régulièrement actualisées. Les photographes devraient, à mon sens, signaler ces manques à l’éditeur de leur logiciel favori. Je l’ai fait, pour celui que j’utilise, sans grand espoir cependant d’obtenir satisfaction.

Certains de ces logiciels utilisent la base « open source » de Lensfun (voir ICI), mais même celle-ci n’est pas régulièrement mise à jour au fur et à mesure des sorties de nouveaux objectifs.

La correction de perspective

La plupart des logiciels en sont pourvus. C’est le cas de tous ceux que j’ai utilisés jusqu’à ce jour !

Cette fonctionnalité permet de retoucher la géométrie d’une image par déplacement de différents points, notamment les angles. Cela permet de redresser les verticales.

Réalisation

Voici ce qu’il est possible de réaliser rapidement avec le logiciel ACDSee.

Image de départ avec les points déplaçables :

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image initiale avec les poins d’ancrage déplaçables

 

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Modification de la perspective par déplaçement des points d’ancrage
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Image recadrée
Conséquences

Mais il y a obligatoirement un corollaire : cela provoque un recadrage qui conduit à une perte aux extrémités du champ photographié. De plus, il devient difficile de respecter le format initial de l’image (proportions 3/2). Avec un peu d’expérience d’utilisation de ses objectifs et de leurs défauts, on en tient compte et on le prévoit dès la prise de vue en cadrant plus large que ce que l’on souhaite en réalité. Ainsi le post-traitement des distorsions en sera facilité.

Il faut cependant utiliser cet outil sans « brutalité » : il n’est pas forcément souhaitable que toutes les verticales de l’image soient rigoureusement verticales. Et d’ailleurs, par exemple dans un paysage urbain, selon l’étagement des plans, ce ne sera pas toujours possible. Il faut s’en tenir à une correction raisonnable.

Il existe un outil similaire pour Adobe Lr nommé Upright qui peut agir de manière automatique ou manuelle.

Pour qui souhaiterait savoir comment faire sous PhotoShop, je conseille ce tutoriel sur l’excellent blog d’Hervé Drouet, de LuzPhotos.

Cela étant, on parvient aussi à un résultat tout à fait honorable en utilisant le logiciel libre Open Source The Gimp. En voici un exemple exécuté en moins de 5 minutes (on peut faire mieux avec un peu plus de temps !) :

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Vitrail : image initiale
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Vitrail : image corrigée dans « The Gimp » puis dans le logiciel de PT

 

(Dans « The Gimp » Version 2.10 : Menu Outil – Transformation 3D – puis recadrage et correction de la perspective) – Améliorations « cosmétiques » dans ACDSee Ultimate 2022.

D’autres logiciels pour corriger la distorsion de perspective

Si la plupart des logiciels de post-traitement peuvent effectuer des corrections de distorsion, il existe aussi quelques logiciels spécialisés qui peuvent redresser les verticales. Et ils ne font que ça ! Parmi eux, il m’est souvent arrivé d’utiliser un petit logiciel qui ne fonctionne que sous Windows : ShiftN. Pour les images qui ne nécessitent pas de corrections trop poussées, et malgré son âge, pas de doute : il fait le travail. En un seul clic (après avoir choisi le type de correction souhaité) et avec des pertes minimisées. Et, par défaut, il a le bon goût d’enregistrer le résultat dans un fichier qui n’écrase pas celui d’origine.

Un autre utilitaire très performant (et payant, 79 €) : DxO ViewPoint 3, disponible tant pour Windows (à partir de la version 8.1 64 bits) que pour MacOs (à partir de la version 10.13). Cet outil a encore avantage d’être indépendant et de pouvoir s’interfacer, en mode plug-in, avec les logiciels standards du marché. 

Il en existe peut-être quelques autres, éventuellement liés à un système d’exploitation. Faute de les connaître, il paraît difficile de les recommander. Mais si nos lectrices et lecteurs en connaissent, qu’ils nous les signalent et nous mettrons à jour cet article.

Pour conclure

N’oublions pas que si les distorsions peuvent gâcher des images, c’est surtout lors de tests d’objectifs qu’on les décèle. Dans la « vie courante » du photographe, elles sont souvent très peu visibles. Sauf cas particulier d’une image présentant beaucoup de lignes horizontales et verticales, on ne les remarquera pas, qu’elles soient en barillet ou en coussinet.

Restent les distorsions de perspective : on peut les corriger au prix d’un peu de travail en post-traitement. Et là, le danger, ce n’est pas qu’elles soient encore partiellement visibles. Non ! Le danger, c’est de les corriger de façon exagérée, au point de rendre la photo peu crédible. Alors, au moins sur ce plan, sachons faire preuve de souplesse, de soin et surtout de modération.