Un fichier numérique en noir et blanc peut être produit de deux façons : en capturant la couleur via un capteur filtré puis en éliminant l’information colorée, ou en capturant directement la luminance sur un capteur qui n’a jamais été filtré pour la couleur. Les deux approches se ressemblent dans l’image finale, mais elles diffèrent dans la quantité de lumière atteignant le silicium et dans la résolution spatiale préservée. La comparaison honnête est concrète, et l’exemple le plus clair est celui que Leica fournit lui-même avec deux boîtiers construits sur le même silicium : le M9 (2009) et le M Monochrom, annoncé le 10 mai 2012. Les deux utilisent le même CCD Kodak KAF-18500, 35,8 par 23,9 mm, 18 mégapixels sur des photosites de 6,8 microns. La seule différence est que le Monochrom a son filtre matriciel de couleur supprimé.

Le réseau Bayer et ce qu’il coûte

Presque tous les capteurs couleur enregistrent la couleur via un filtre matriciel de couleur (CFA) breveté par Bryce E. Bayer chez Eastman Kodak : brevet américain 3 971 065, déposé le 5 mars 1975 et accordé le 20 juillet 1976. Le motif est une tuile répétitive de deux par deux cases comprenant un filtre rouge, un filtre bleu et deux filtres verts, de sorte que le vert occupe la moitié de tous les photosites, et le rouge et le bleu un quart chacun. Le vert est volontairement sur-échantillonné, car le système visuel humain tire l’essentiel de sa luminance — son sens de la luminosité et des détails fins à haute fréquence — des longueurs d’onde vertes.

Chaque photosite ne mesure qu’une seule couleur primaire, la bande que son filtre laisse passer ; les deux autres valeurs sont estimées à partir des photosites voisins dans une étape appelée démosaïquage. Ainsi, un capteur Bayer mesure directement environ un tiers de l’information de couleur et interpole le reste. Cette interpolation frappe le plus durement la résolution en chrominance. La luminance souffre moins, car elle suit le canal vert densément échantillonné, mais elle souffre quand même : une mesure souvent citée situe la résolution effective en luminance d’un capteur Bayer à environ 0,58 fois son nombre de pixels nominal.

Comment le démosaïquage floute un bord

Le mécanisme importe plus que le slogan. Un démosaïquage typique reconstruit d’abord le canal vert, car le vert est échantillonné sur deux sites toutes les quatre cases et dispose donc de la grille la plus dense à interpoler. Le rouge et le bleu sont ensuite dérivés en maintenant constants les rapports rouge/vert et bleu/vert locaux, complétant leurs trois-quarts manquants à partir de l’estimation ancrée sur le vert.

Imaginez un bord dur noir-blanc traversant le capteur. C’est un événement de luminance à haute fréquence, et la luminance vit dans chaque canal. Mais sur les canaux rouge et bleu, trois échantillons sur quatre au niveau du bord sont des estimations, reconstruites par un noyau qui fait nécessairement la moyenne sur des sites voisins qui chevauchent le bord. Faire la moyenne sur une transition, c’est par définition introduire du flou. L’interpolation ne peut pas placer une frontière nette là où elle ne dispose d’aucun échantillon mesuré, de sorte que la structure fine en luminance est adoucie. Un capteur sans filtre n’a pas ce problème : chaque photosite mesure la valeur de luminance complète en son propre emplacement, un photosite pour un pixel, sans rien d’inféré.

Le filtre invisible : l’absence de filtre anticrénelage

Il existe un second facteur, souvent plus important, à la finesse par pixel du Monochrom, et il est facile de rater. Les capteurs couleur portent un filtre optique passe-bas, le filtre anticrénelage (AA), un flou délibéré placé devant le capteur. Son rôle est d’effacer les détails plus fins que la limite de Nyquist du démosaïquage, afin que les motifs fins et répétitifs ne produisent pas de moiré coloré une fois les données CFA interpolées. Ce flou coûte de la netteté sur chaque image.

Un capteur monochrome ne produit aucune chrominance à crénelaer, donc il n’y a pas de moiré coloré à supprimer, et le filtre AA peut être entièrement omis. Le Monochrom gagne ainsi en finesse sur deux fronts : pas d’interpolation, et pas de filtre optique passe-bas. La contrepartie est que le crénelage en luminance peut tout de même apparaître, et les tissus fins, les grillages lointains et les tuiles peuvent présenter un moiré monochrome qu’un boîtier couleur avec filtre AA aurait effacé.

Le chiffre marketing contre la mesure réelle

La propre affirmation de Leica pour le Monochrom est qu’il délivre des images « 100 % plus nettes » qu’un monochrome dérivé d’un capteur couleur de mégapixelage comparable, c’est-à-dire environ deux fois plus. Traitez ce chiffre comme celui du fabricant, pas comme un résultat indépendant.

La réalité mesurée est plus modeste. Les tests en laboratoire de Popular Photography ont résolu environ 2 675 lignes par hauteur d’image pour le M9 à ISO 80, contre environ 2 800 lph pour le Monochrom à ISO 160. C’est un gain réel, mais de quelques pour cent, pas un doublement. La formule « 100 % plus net » se lit mieux comme un raccourci marketing pour l’effet combiné de l’absence de démosaïquage et de l’absence de filtre AA — un effet réel et visible dans le micro-contraste et la netteté des bords, mais qui reste bien en deçà d’un doublement de la résolution effective.

Pourquoi la sensibilité augmente

La lumière absorbée par un filtre n’atteint jamais la photodiode. Chaque photosite Bayer ne voit que sa propre bande passante, de sorte qu’un photosite vert rejette la majeure partie du rouge et du bleu qui lui parviennent. Supprimez le CFA et chaque photosite collecte sur tout le spectre visible, capturant davantage de photons par site à une exposition donnée.

Cela se traduit dans la vitesse nominale. L’ISO de base du M9 est 160 (tireable jusqu’à 80), avec une plage culminant à 2 500 ; la base du Monochrom est 320, jusqu’à 10 000. En bas de gamme, 320 divisé par 160 donne exactement un diaph (stop) de sensibilité de base supplémentaire. En haut, de 2 500 à 10 000, c’est deux diaph (stop) de marge supplémentaire. L’amélioration du bruit a aussi un mécanisme : davantage de photons par photosite signifie un signal plus important au-dessus d’un plancher de bruit de lecture fixe, de sorte que le rapport signal sur bruit augmente et que les ombres restent propres et séparées tonalement plutôt que de se noyer dans le bruit.

Le contraste réside désormais dans l’objectif

La contrepartie est absolue : un capteur sans filtre n’enregistre aucune couleur et ne peut pas être converti en retour. Il y a une raison physique pour laquelle cela compte dans le contrôle tonal. L’émulsion argentique panchromatique, comme le silicium nu, est intrinsèquement plus sensible au bleu et à l’ultraviolet que l’œil humain, de sorte qu’un ciel bleu non filtré rend trop clair et que les nuages se noient dans la surexposition. Sur film, on corrige cela optiquement ; sur un capteur numérique monochrome, on doit faire exactement la même chose, car le fichier ne contient aucune couleur que le logiciel pourrait pondérer après coup.

L’outil est un filtre de contraste devant l’objectif, fonctionnant par absorption. Un filtre jaune laisse passer le jaune et les longueurs d’onde plus longues, l’orange et le rouge, tout en absorbant le bleu et le violet ; l’orange et le rouge vont plus loin, coupant davantage de bleu et de vert pour que le ciel s’assombrisse progressivement et que la brume atmosphérique — diffusion des courtes longueurs d’onde — disparaisse. Chaque filtre impose un facteur d’exposition : un Yellow 8 (K2) est facteur 2, un diaph (stop) ; un Orange 16 est plus fort que le jaune ; un Red 25 est facteur 8, trois diaph (stop) entiers, et produit le ciel le plus sombre et la coupe de brume la plus franche.

Un exemple concret. Photographiez Ilford HP5 Plus à sa vitesse nominale EI 400, cadrez un paysage de plein midi, et mesurez le ciel bleu de façon à ce qu’il tombe environ en zone VI. Placez un Red 25 sur l’objectif pour faire descendre ce ciel vers la zone III ou IV en vue d’un rendu quasi-noir dramatique, puis ouvrez de trois diaph (stop) pour payer le facteur de filtre, ramenant votre exposition de travail à un EI effectif de 50. Un boîtier numérique monochrome nécessite le même filtre identique sur l’objectif pour obtenir le même rendu, là où un boîtier couleur aurait pu l’approximer après coup en pondérant le canal bleu lors de la conversion. Sans couleur enregistrée, la décision est prise au moment de l’exposition, verre sur l’avant, la même discipline qu’a toujours imposée le ciel au-dessus d’une feuille de HP5 Plus.