Test de qualité d’image sur webcam

Les webcams sont des outils de plus en plus indispensables pour travailler à distance et rester en contact dans un cadre professionnel ou privé. Leurs ventes ont connu une croissance importante, surtout pendant cette crise sanitaire. Leur contrôle et la qualité attendue par les utilisateurs aujourd’hui est donc primordiale.
Nous savons tous reconnaitre des images de bonne et de mauvaise qualité lorsque nous les voyons, mais savoir quantifier les performances d'une caméra professionnelle est essentielle au stade de sa conception, de la recherche de ses composants et du contrôle qualité. Le développement des caméras dites « grand public » présente les mêmes défis que le matériel professionnel.
 
Les caractéristiques de netteté et de bruit sont essentielles pour percevoir les détails d'une image. En fait, ce sont souvent les éléments les plus associés à une bonne qualité d'image. La compression du fichier vidéo peut également entrainer de sérieuses conséquences sur la qualité de l'image, bien qu'elle soit souvent inévitable lors de la transmission d'un flux vidéo en direct sur Internet. Il est important de comprendre comment la webcam reproduit les couleurs et les tons afin que la matrice de correction des couleurs et les courbes de fonctions de conversion optoélectronique (OECF) puissent être réglées de manière optimum. Bien sûr, une reproduction plus précise des couleurs et des tons ne signifie pas toujours une image plus agréable mais les distorsions affectent tous les systèmes et peuvent être corrigées avec les bons outils, une fois caractérisées.


Précision

L'un des facteurs les plus importants pour créer une bonne image est l’aptitude de la caméra à restituer les détails. Cette qualité d'image dépend de l’optique de l'objectif, du capteur de l'appareil et du traitement du signal.

Compression

Sachant que les données capturées par une webcam sont destinées à être diffusées sur Internet, une compression est généralement appliquée au flux vidéo pour rendre la transmission plus rapide et plus fiable. Cependant, cela se fait souvent au détriment de la qualité de l'image ; il est donc important d'optimiser la compression pour maximiser la qualité de l'image et réduire la taille du fichier.

Couleur

La façon dont un système de prise de vues enregistre les couleurs est la clé de sa capacité à créer une image agréable. Une reproduction précise des couleurs dans l'image finale n'est pas toujours agréable visuellement (nous avons tendance à préférer des couleurs plus fortes et plus saturées aux représentations précises). Cependant, il est important de caractériser les performances du système de base avant d'appliquer des matrices de correction des couleurs pour les rendre plus attrayantes.

Cartographie tonale


La cartographie tonale contrôle la façon dont les différentes tonalités de couleur sont représentées et équilibrées dans l'image finale. Elle est liée aux performances  de la plage dynamique d'un système, mais les deux ne sont pas interchangeables. La gamme dynamique est la gamme complète des tons qui peuvent être capturés, tandis que la cartographie des tons dicte la façon dont ces tons sont représentés. Cela affecte le contraste de l'image et le niveau de détail visible dans les zones claires ou sombres, ainsi que la luminosité ou l'obscurité globale perçue. Différentes stratégies de cartographie des tons peuvent être appliquées pour diverses conditions d'éclairage. Comme pour les mesures de couleur, il est important de se rappeler qu'une représentation précise des tons dans une scène ne donne pas nécessairement une image agréable. Nous avons tendance à préférer des images avec plus de contraste, ainsi que des détails maximisés dans les surbrillances. Avant de pouvoir effectuer un mappage de tons subjectif, il est important de caractériser la réponse tonale de base du système avant de le régler pour une meilleure image.

Lumière parasite

La lumière parasite peut avoir des effets graves sur la plage dynamique et la réponse tonale d'un appareil photo ou d’une caméra. Elle est le résultat de rayons parasites en réflexion entre les éléments de l'objectif et l'intérieur du barillet de l'objectif, et elle peut être provoquée par des sources de lumière vive près du champ de vision. Ces parasites sont facilement visibles lorsque quelqu'un utilise une webcam en étant assis devant une fenêtre par exemple. Alors que des conditions d'éclairage non maitrisées peuvent rendre les reflets difficiles à éviter, les revêtements spéciaux des lentilles et leurs conceptions peuvent aider à minimiser ses effets.

Distorsion

Presque toutes les optiques des caméras entraînent des distorsions dans une certaine mesure, même si elles ne sont pas toujours réellement visibles. Cela se vérifie particulièrement pour les objectifs de type grand-angle (qui sont souvent montés en série sur les webcams) en raison de la géométrie des trajets optiques. Cependant, le logiciel conjugué aux mires de figures géométriques régulières (damiers, formes géométriques etc.) peut corriger la distorsion afin que l'image finale apparaisse plus naturelle.

Bruit

Le bruit est visible sous forme de variation aléatoire des niveaux de pixels en raison de la nature photonique de la lumière et de l'énergie thermique de la chaleur. Elle est souvent décrite comme une «granulation» (une altération de l'apparence du grain du film) et est généralement plus visible dans les zones plus sombres de l'image. Bien qu'il ne puisse jamais être entièrement évité, le bruit de l'image doit être minimisé et le rapport signal / bruit (SNR) maximisé pour produire la meilleure netteté d'image et la meilleure plage dynamique possibles. Les conditions de faible éclairage, telles que celles couramment rencontrées par les webcams utilisées en intérieur, sont particulièrement difficiles à gérer.

Temps de latence et données temporelles

Les données temporelles sont importantes pour la qualité vidéo, en particulier lorsque le but est de transmettre de la vidéo sur Internet afin que les utilisateurs interagissent en temps réel. Des mesures telles que la synchronisation, la fréquence d'images et les temps de latence peuvent être testées avec du matériel spécialisé tel que le système de test de synchronisation de la caméra.

Un nombre croissant de personnes travaillent à distance, et ces utilisateurs ont une exigence de qualité aujourd’hui bien supérieure dans leur choix de webcams. L’utilisation de caméras miniatures est en constante augmentation dans de nombreux secteurs de l’industrie (automobile, aéronautique, contrôle industriel, médical etc.). Les défis de test et de contrôle qualité de ces caméras ne manqueront pas lors du développement de matériels de moins en moins onéreux dans les années à venir.