Contraste
Edmund Optics Inc.

Contraste

Auteurs : Gregory Hollows, Nicholas James

Cette note correspond à la Section 2.3 du Guide de Ressources en Imagerie.

Le contraste est la façon dont le noir peut être distingué du blanc à une résolution donnée. Pour qu'une image apparaisse bien définie, les détails noirs doivent apparaître en noir et les détails blancs doivent apparaître en blanc (voir la Figure 1). Plus les informations en noir et blanc s'orientent vers les gris intermédiaires, plus le contraste à cette fréquence est faible. Plus la différence d'intensité entre une ligne claire et une ligne sombre est grande, plus le contraste est important. Bien que cela puisse paraître évident, c'est d'une importance capitale.

Le passage du noir au blanc correspond à un contraste élevé, tandis que les gris intermédiaires indiquent un contraste plus faible.
Figure 1 : Le passage du noir au blanc correspond à un contraste élevé, tandis que les gris intermédiaires indiquent un contraste plus faible.

Le contraste à une fréquence donnée peut être calculé selon l'équation 1, où Imax est l'intensité maximale (généralement en valeurs de niveaux de gris des pixels, si une caméra est utilisée) et Imin est l'intensité minimale :

(1)$$ \text{% de contraste} = \left[ \frac{I_{\text{max}} - I_{\text{min}}}{I_{\text{max}} + I_{\text{min}}} \right] \times 100 \text{%} $$
(1)
$$ \text{% de contraste} = \left[ \frac{I_{\text{max}} - I_{\text{min}}}{I_{\text{max}} + I_{\text{min}}} \right] \times 100 \text{%} $$

L’objectif, le capteur et l’éclairage jouent tous un rôle clé pour déterminer le contraste d’image résultant. Chacun d'eux peut nuire au contraste global du système à une résolution donnée s'il n'est pas appliqué correctement et de manière concertée.

Limites de contraste pour les objectifs

Le contraste de l'objectif est défini comme le pourcentage de contraste sur l'objet qui est reproduit dans l'espace image en supposant qu'il n'y a pas de perte de contraste sur l'objet due à l'éclairage. La résolution n'a pas de sens si elle n'est pas définie à un contraste spécifique. Dans Résolution, l'exemple supposait une reproduction parfaite sur l'objet, y compris des transitions nettes au bord de l'objet sur le pixel. Toutefois, ce n'est jamais le cas dans la pratique. En raison de la nature de la lumière, même un objectif parfaitement conçu et fabriqué ne peut pas reproduire entièrement la résolution et le contraste d'un objet. Par exemple, comme le montre la Figure 2, même lorsque l'objectif fonctionne à la limite de diffraction (décrite dans La tache d'Airy et la limite de diffraction), les bords des points seront flous dans l'image. C'est là que le calcul de la résolution d'un système en comptant simplement les pixels perd en précision et peut même devenir totalement inefficace.


Considérons à nouveau deux points proches l'un de l'autre, représentés par un objectif, comme dans la Figure 2. Lorsque les points sont très éloignés les uns des autres (à basse fréquence), les points sont distincts, bien qu'un peu flous sur les bords. À mesure qu'ils se rapprochent l'un de l'autre (ce qui représente une augmentation de la résolution), les flous se chevauchent jusqu'à ce que les points ne puissent plus être distingués séparément. Le pouvoir de résolution réel du système dépend de la capacité du système d'imagerie à détecter l'espace entre les points. Même s'il y a beaucoup de pixels entre les points, si ceux-ci se confondent en raison d'un manque de contraste, il ne sera pas facile de les résoudre comme deux détails distincts. Par conséquent, la résolution du système dépend de nombreux facteurs, notamment du flou causé par la diffraction et d'autres erreurs optiques, de l'espacement des détails de l'objet et de la capacité du capteur à détecter le contraste à la taille de détail qui nous intéresse.

Deux points imagés par le même objectif. L’objectif supérieur forme l'image d'objets à une basse fréquence ; l’objectif inférieur forme l'image d'objets à une fréquence plus élevée.
Figure 2 : Deux points imagés par le même objectif. L’objectif supérieur forme l'image d'objets à une basse fréquence ; l’objectif inférieur forme l'image d'objets à une fréquence plus élevée.
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