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Les secrets de la qualité visuelle des panoramas Nodalview

Interview de Mickael Ligot, CTO de Nodalview

Q : Mickael, expliquez-nous le secret derrière la qualité d’image des panoramas Nodalview. Alors qu’après tout, c’est un simple smartphone que vous utilisez.

R : Plusieurs facteurs doivent entrer en considération :

Tout d’abord nous utilisons une lentille grand-angle spéciale, de qualité professionnelle, que nous appliquons sur le smartphone pour augmenter le champ de vision (« field of view »), vers le haut et vers le bas de l’image, et réduire la sensibilité aux « flares » quand l’objectif est confronté à une source lumineuse intense, comme le soleil ou un projecteur.

Cette lentille est montée sur le smartphone, non à l’aide d’une pince, mais grâce à une coque spécialement adaptée au modèle de smartphone, permettant de centrer et aligner parfaitement la lentille. Si votre objectif est mal centré, vous n’obtiendrez jamais de bons résultats.

Mais également, notre tête panoramique s’arrête 8 fois pour shooter 360 degrés, quand 5 ou 6 arrets suffiraient : ce recouvrement important améliore la qualité d’assemblage, et de plus, nous laissons tomber les bords de la photo, sujet aux distorsions. En fait, c’est comme disposer d’une caméra 360 avec 8 lentilles ! Il en existe sur le marché, mais nous sommes alors dans une toute autre gamme de prix. Et quand on multiplie les lentilles dans une caméra 360, d’autres problèmes surgissent, comme des problèmes de parallaxe : des lignes brisées, ou des zones floues, ou carrément des déformations d’assemblage, du fait que chaque lentille est écartée l’une de l’autre et ne respecte pas le point nodal.

Q : Qu’entendez-vous par point nodal, erreurs de parallaxe ?

R : C’est une limitation physique dont parlent tous les ouvrages consacrés à la photographie panoramique. En clair et sans rentrer dans les détails, pour ne pas avoir de problèmes d’assemblage en scène d’intérieur avec des objets proches, vous devez shooter chaque fois au point nodal, càd avec l’objectif pile au-dessus de l’axe de rotation. Et c’est là bien le problème des caméras 360 degrés : les lentilles sont physiquement distantes l’une de l’autre, et donc impossible de respecter le point nodal, à l’inverse d’une caméra tournante, repositionnée chaque fois au point nodal. Au plus la distance entre chaque lentille, au plus les erreurs de parallaxe. Et donc, les caméras 360 à deux objectifs rapprochés s’en tirent mieux, au prix d’une moindre résolution, que les caméras professionnelles à 6, 7 ou 8, voire même 32 lentilles ! Vous aurez déjà compris que chez Nodalview, on a particulièrement soigné le respect du point nodal : la tête panoramique tourne parfaitement autour du point nodal.

Q  : Vous revendiquez une haute définition d’image, de 10K, bien au-dessus des caméras 360 grands publics actuelles, rivalisant avec le haut de gamme des caméras professionnelles à quelques milliers d’euros. Pourquoi monter si haut dans la définition, alors que la 4K n’est même pas encore fort répandue ?

R : Si l’image est de bonne résolution, vous pouvez regarder les panoramas non seulement sur votre smartphone, mais également sur le grand écran de votre tablette ou de votre pc, sans dégradation de qualité. Vous pouvez encore zoomer sur des détails, sans qu’ils deviennent rapidement flous. Vous pourrez également générer des photos et des vidéos HD au départ de vos panoramas.

Mais vous avez raison : l’internaute est maintenant habitué à regarder la TV en qualité HD (2k) ou même 4K à condition d’avoir une bonne connexion. Il s’attend à la même qualité en visite virtuelle. Au niveau d’un panorama, cela veut dire 8 K minimum ! En effet, pour obtenir un rendu HD(2K) dans les 4 directions, il faut, au minimum, 4 x 2 = 8k de résolution pour le panorama. Donc pour obtenir un rendu visuel HD, votre panorama doit faire au moins 8 K.

Q : Donc, si je vous comprends bien, haute résolution = haute qualité d’image ?

R : Pas seulement ! La résolution ne suffit pas, je dirais même que l’essentiel est ailleurs : il faut un bon « dynamic range » (plage de couleur dynamique). Dès que les conditions de luminosité naturelle se compliquent, les caméras focalisent alors un point d’intérêt afin de s’adapter au mieux à l’ambiance du moment : ce comportement produit des photos sombres ou, à l’inverse, surexposées. Il n’est pas possible avec une seule exposition d’obtenir un rendu correct.

Prenons l’exemple d’une scène avec un meuble surmonté d’une fenêtre laissant rentrer le soleil. Sans technique particulière, soit vous aurez un rendu correct sur le meuble et le paysage extérieur sera surexposé ou carrément « cramé », soit vous allez privilégier le paysage extérieur, et alors les détails de votre meuble auront disparus dans l’ombre. La solution, c’est shooter dans ce cas au moins 2 photos, une correctement exposée pour l’extérieur ensoleillé, l’autre pour le meuble, et prendre les meilleurs pixels des deux. Chez Nodalview, nous prenons 5 « brackets » (= la même image exposée différemment) par azimut pour un panorama : cela nous fait 40 photos par panorama, et jusqu’à 11 brackets pour une photo !

Q : Vous prenez jusqu’à 11 brackets pour une photo, et pas moins de 8×5= 40 brackets pour les panoramas. Comment expliquer cette différence ?

R : Effectivement, dans un panorama, nous prenons 40 brackets de la même scène, au lieu de 88. En fait, nous utilisons une particularité de notre système de shooting : l’important recouvrement de près de 50%, ce qui permet d’obtenir des informations d’exposition de la photo suivante et précédente, de manière à doubler les informations à notre disposition.

Q : Entre le HDR et le AEB, quelle est la différence ?

R : L’HDR (High Dynamic Range) est une technique largement répandue, qui génère une photo mieux exposée, au départ des meilleurs pixels de généralement 3 expositions différentes de la même scène. Ceci moyennant un plus long temps d’exposition, et donc la nécessité de ne pas bouger pendant le shoot. La plage dynamique obtenue est limitée par la puissance du capteur et du processeur à produire instantanément une image « blendée ».

L’AEB (Automatic Exposure Bracketing), utilise un procédé similaire, çàd une variation de l’exposition pour une même scène, qui génère un dynamic range beaucoup plus important, car au départ d’un plus grand nombre de brackets (jusqu’à 11 chez Nodalview) présentant des expositions beaucoup plus contrastées : du « presque tout noir » au « presque tout blanc ». Tout le spectre de lumière est balayé ! Ceci permet de traiter efficacement des contre-jours violents, comme c’est souvent le cas en visite virtuelle. L’appareil délivre des photos individuelles (les « brackets »), qui doivent ensuite être « blendées » par un programme externe. Cette technique donne de biens meilleurs résultats que la technique HDR, au prix d’un post-processing plus complexe, qui, pour une photo haute résolution, ne peut s’effectuer dans le smartphone, mais bien sur de puissants serveurs.

Q : Quelle technologie utilisez-vous sur vos serveurs ?

R : C’est une technologie qui nous permet, au départ des brackets, d’obtenir des rendus « meilleurs que la réalité ». Toute une série de filtres et d’améliorations sont appliqués sur nos serveurs : équilibrage des niveaux, traitement optimisé de la netteté (sharpness), …  Nous faisons varier le temps d’obturation du capteur, ce qui permet de collecter un maximum d’informations sur la scène. Ensuite, des algorithmes sont appliqués aux conditions du shooting grâce à une série de données collectées par les senseurs du smartphone comme la quantité de lumière ambiante ou l’intensité des contre-jours. Mais le secret, ce sont les techniques d’intelligence artificielle utilisées pour améliorer l’image : le programme est entraîné sur plusieurs centaines de milliers de modèles de scènes extérieures et intérieures et continue sans limite son auto-apprentissage afin d’appliquer les traitements adéquats à chaque photo. C’est également pour cette raison que vous ne pourriez obtenir de tels résultats uniquement dans votre smartphone, sans passer par un upload sur des serveurs dotés d’AI. Et nous sommes à l’aube des nouvelles possibilités offertes par l’AI.

Un comparatif de panoramas réalisés avec Nodalview et quelques caméras 360 est disponible ici.