Pourquoi les motifs de moiré apparaissent-ils sur les photos ? Une explication scientifique

Qu'est-ce que l'effet de moiré ?

Si vous avez déjà pris une photo d'un écran d'ordinateur, d'une chemise rayée ou d'un mur de briques, vous avez probablement rencontré ces motifs étranges, ondulés et aux couleurs de l'arc-en-ciel connus sous le nom d'effet de moiré. Ces motifs n'existent pas dans le monde réel : ce sont des artefacts optiques créés par l'interaction entre le sujet et votre appareil photo. Cela peut transformer une photo parfaite en un gâchis psychédélique distrayant et peu professionnel.

Le terme "Moiré" (prononcé mouar-é) provient de l'industrie textile française, décrivant un tissu à l'apparence ondée ou miroitante. Alors que les tisserands de soie créaient cet effet intentionnellement pour sa beauté esthétique, en photographie numérique, c'est presque toujours une erreur indésirable que les photographes s'efforcent d'éviter.

La Science : Les Motifs d'Interférence

À la base, un motif de moiré est un motif d'interférence. Il se produit lorsque deux motifs en forme de grille se chevauchent mais ne sont pas parfaitement alignés. En photographie, ces deux grilles sont :

• Le Motif du Sujet : Les détails fins de l'objet que vous photographiez (par exemple, les pixels d'un écran, les fils d'un tissu, les lignes d'un gratte-ciel).
• Le Motif du Capteur : La grille fixe de photosites (pixels) sur le capteur numérique de votre appareil photo.

Lorsque la fréquence du motif du sujet est proche de ou dépasse la fréquence de la grille de pixels du capteur, l'appareil photo ne parvient pas à résoudre les détails avec précision. Ce phénomène est connu sous le nom de crénelage spatial (spatial aliasing). Au lieu de capturer les véritables lignes fines, le capteur crée un nouveau motif d'ondes à basse fréquence par-dessus l'image : c'est le moiré.

Le Théorème d'Échantillonnage de Nyquist-Shannon

Pour comprendre pourquoi cela se produit, nous devons examiner la théorie du traitement du signal. Le taux de Nyquist stipule que pour reproduire fidèlement un signal (dans ce cas, un détail visuel), vous devez l'échantillonner à une fréquence au moins deux fois supérieure à la fréquence la plus élevée présente dans le signal.

En termes simples : si vous voulez capturer 100 lignes par pouce de détails, le capteur de votre appareil photo doit avoir une résolution capable de résoudre au moins 200 lignes par pouce. Lorsque les détails sont plus fins que ce que le capteur peut capturer (violant la limite de Nyquist), les données "supplémentaires" ne disparaissent pas simplement ; elles se replient dans le spectre visible sous forme de faux motifs : le moiré.

Moiré de Couleur vs Moiré de Luminance

Il existe deux principaux types de moiré que vous pourriez voir, et ils apparaissent souvent ensemble :

• Moiré de Luminance : Apparaît sous forme de lignes courbes et ondulées claires et sombres. Cela affecte les détails et la texture de l'image. Cela ressemble à des ondulations dans un étang et se voit souvent sur des détails architecturaux ou des tissus en noir et blanc.
• Moiré de Couleur : Apparaît sous forme de bandes aux couleurs de l'arc-en-ciel (souvent violet, vert ou jaune). Cela se produit à cause de la matrice de filtres de Bayer utilisée sur la plupart des capteurs numériques pour capturer la couleur. Les pixels rouges, verts et bleus sont disposés selon une grille en mosaïque spécifique. Lorsque des détails fins interfèrent avec cette grille de couleur, l'appareil photo "devine" la mauvaise couleur pour certains pixels, générant de faux artefacts de couleur.

Le Rôle des Filtres Passe-Bas Optiques (OLPF)

Pendant de nombreuses années, les fabricants d'appareils photo ont combattu le moiré au niveau matériel en installant un Filtre Passe-Bas Optique (OLPF), également connu sous le nom de filtre anti-crénelage, directement devant le capteur.

Ce filtre fonctionne en floutant intentionnellement l'image entrante juste un peu — assez pour lisser les détails les plus fins qui causeraient le crénelage, mais (espérons-le) pas assez pour ruiner la netteté de la photo. Il coupe efficacement les hautes fréquences avant qu'elles n'atteignent le capteur.

Cependant, dans la quête d'une netteté et d'une résolution maximales, les appareils photo haut de gamme modernes (comme la série Nikon Z, Sony Alpha R et Canon R5) omettent souvent l'OLPF. Ils comptent sur un nombre élevé de mégapixels pour surpasser la résolution des motifs. Bien que cela donne des images plus nettes, cela signifie que le moiré fait son grand retour, en particulier dans la photographie de mode et d'architecture.

Pourquoi C'est Difficile à Corriger

Les motifs de moiré sont "cuits" dans les données brutes de l'image. Parce que le capteur a littéralement "vu" le mauvais motif, le supprimer nécessite une reconstruction mathématique complexe de ce à quoi l'image aurait dû ressembler. Ce n'est pas aussi simple que de "supprimer une tache". Vous essayez de séparer le faux motif de la vraie texture.

C'est pourquoi les outils d'édition traditionnels ont souvent du mal : ils ont tendance à flouter la texture pour masquer le motif. Les solutions basées sur l'IA comme Morie deviennent la norme car elles peuvent "halluciner" ou reconstruire la texture originale probable tout en soustrayant le motif d'interférence géométrique.