Photographier les microminéraux avec un appareil numérique avec objectif.

Plusieurs amateurs minéralogistes m’ont demandé comment je réalise les photos numériques.

Les notes ci-dessous concernent la photographie au microscope mono ou binoculaire (totalement différente de l’usage d’un appareil photographique à objectif ‘macro’) avec un appareil numérique à objectif incorporé (il ne concerne pas les usagers d’un appareil type ‘reflex’ à objectifs interchangeables, le boîtier étant monté sur le bino sans objectif).

Le microscope mono, binoculaire ; oculaire photo supplémentaire (tri-oculaire).

La qualité de chacun des éléments optiques du microscope est prépondérante pour la qualité de l’image photographique ; tout défaut de l’un des éléments, quel qu’il soit, entraînera un résultat systématiquement décevant pour le candidat photographe.

Les cours théoriques évoquent de nombreux défauts des lentilles :

- aberrations chromatiques, très connues, donnant un effet d’irisation de l’image (à grossissement déjà moyen, parfois) ; les plus gênantes ;

- aberrations de sphéricité donnant un effet de flou aux très gros grossissements et limitant ceux-ci ;

- surface de focalisation non parfaitement plane ; défaut généralement peu discernable d’une ‘profondeur de champ’ faible. C’est peut-être le défaut le moins gênant.

Ces défauts peuvent être corrigés en combinant deux ou plusieurs lentilles de compositions de verre différentes, ainsi qu’en adoptant des formes de lentille non symétriques et non parfaitement sphériques. C’est tout l’art du concepteur et du fabricant de l’optique. Mais tout art se paye et une bonne optique est donc chère.

Il s’y ajoute des défauts liés au diamètre des objectifs (limitation de la définition) mais aussi le problème de la profondeur de champ (net) bien connu des photographes.

Parmi le choix de microscopes, on connaît des microscopes monoculaires à tourelle, des binoculaires à objectifs jumeaux montés sur glissière (ou tout autre système permettant l’échange des objectifs) et enfin des mono ou binoculaires à objectifs de type ‘zoom’. Cette dernière génération est née de la recherche d’un véritable confort d’utilisation, permettant de passer avec rapidité d’un faible à un très fort grossissement (20 à 100 voire 150-200x) sans changement d’objectif.

Il faut aussi distinguer le cas des binoculaires auxquels peut être additionné une lentille (souvent unique) réductrice de focale devant l’objectif permettant de doubler, par exemple, les grossissements.

Enfin nombre de microscopes comportent un système oculaire supplémentaire pour la photographie (tri-oculaire).

L’objectif du microscope…

Optiquement beaucoup de ‘vieux’ microscopes fabriqués vers les années 1950 à 1975, monoculaires à tourelle ou binoculaires à ‘glissière’, sont de fort bonne qualité (notamment lorsqu’ils sont munis d’optiques fabriquées par Zeiss Iena ou sous licence de cette firme ; n’oublions pas les vieilles optiques Sécrétan, elles aussi de très bonne qualité, mais fort chères également).

J’utilise ainsi personnellement un vieux binoculaire MEOPTA, fabriqué sous licence IENA vers 1960, destiné à un usage médical à l’origine. Les objectifs coulissants de ce binoculaire ont des grossissements 2x, 3x, 5x et 10x (associé à deux oculaires 15x qui servent uniquement au repérage de la partie à photographier).

La plupart des binoculaires ‘modernes’ à zoom, fort pratiques, ont un objectif (le zoom) de qualité fort moyenne, ceci en relation avec la difficulté de corriger correctement les diverses aberrations pour les diverses focales du zoom. Un grossissement moyen (30-40 x) permet déjà d’observer ces défauts (image ‘dure’ avec débuts d’irisations dans le blanc frangé de couleurs extrêmes).

L’usage d’une lentille additionnelle, devenu fort courant pour doubler les grossissements, ne fait qu’apporter des défauts supplémentaires, en général, la lentille additionnelle étant presque toujours unique et placée obliquement aux axes des deux parties optiques jumelles, parfois même lentille simple sans quelque correction.

Nombre de défauts des optiques sont donc liés à la recherche d’un coût modéré, d’autres sont par contre liés à la recherche d’une aisance de manipulation.

C’est ainsi que je possède un deuxième bino à zoom que je n’utilise jamais pour la photographie (excepté un de ses oculaires 20x).

Le choix de l’oculaire est également prépondérant pour éviter le vignetage et surtout éviter un effet d’irisation important avec impression de lignes au lieu de points aux bords des photos.

Cet oculaire doit également permettre une forme de fixation de l’appareil photo (sauf à utiliser le montage de M. Favreau, voir article).

Plutôt que les objectifs initiaux du Meopta (d’excellentes qualités optiques mais permettant difficilement, par leur forme, la fixation de l’appareil photonumérique ; voir bague de fixation, ci-dessous), j’utilise un oculaire Zeiss 20x.

L’appareil photonumérique.

La physique suggère que le microscope étant conçu pour la vision humaine, de bons résultats seront obtenus avec un appareil photonumérique dont la partie optique est aussi proche que possible du schéma de l’œil humain.

La plupart des appareils à objectif incorporé actuellement sur le marché ont un objectif zoom optique (1x à 3x) de focales proches de 7 – 22 mm. Ils conviennent donc très bien à condition que cet objectif soit apparent en cours d’usage (la plupart des appareils ont en effet un objectif ‘rétractable’ lorsque non utilisé qui ‘sort’ lors de l’usage et reste mobile lors par exemple de l’usage du zoom).

Si tel n’est pas le cas, la fixation de l’appareil pourrait toujours être effectuée comme suggéré par M. Favreau. Toutefois s’ils possèdent un filetage pour une bague de fixation, un montage pourra être créé au départ d’une telle bague ou avec une pièce tournée avec le pas de ce filet.

Personnellement, j’utilise actuellement un appareil Canon de la série Powershot (S40, modèle déjà assez ancien). Quelques spécifications utiles: 4 millions de pixels, définition haute 2272 x 1704 pixels, basse 640 x 480 pixels ; objectif zoom 7,1 à 21,3 mm ; balance des blancs auto ou prédéfinie ; prise de vue connectée à l’ordinateur ; format d’images JPEG ou RAW ; logiciel de saisie d’image assistée par ordinateur).

On notera que les appareils pourvus de zoom optiques très puissants (8 à 12x) ne sont généralement pas adaptables aisément, par suite du diamètre de ce zoom nettement supérieur au diamètre des oculaires (en plus d’incompatibilités optiques, généralement).

Un autre point est la définition de cet appareil. Depuis deux ans environ, les photos prises peuvent atteindre une place mémoire de l’ordre de 3 Mo. Une telle définition permet de tirer des agrandissements papiers de l’ordre de 21x30 cm de bonne qualité (tramage équivalent au grain d’une photo argentique 24x36 mm agrandie) et 10x15 cm parfaits (tramage nettement plus fin, non visible à l’oeil).

Des appareils récents atteignent 8 et même 12 mégapixels (taille fichier de 5 à 10 Mo!), à mon avis plutôt pour usage professionnel et très grands agrandissements (40x50 cm), éventuellement dans l’avenir pour projection à l’aide de ‘beamer’ très performants.

Pour un montage en vue d’une page net, une définition bien inférieure est suffisante (taille du fichier, 50 à 100 ko).

Enfin, sauf programme d’assistance par ordinateur, la définition de la fenêtre de visée (l’écran LCD de l’appareil photonumérique) est importante pour permettre une bonne mise au point. A noter qu’en l’absence d’assistance par ordinateur, le déclenchement manuel risque de soulever des problèmes de vibrations et de dérèglement de la mise au point par simple pression.

Le montage optique, la bague de fixation.

La situation idéale est celle où l’appareil numérique est solidaire de l’oculaire. Elle implique la réalisation d’une bague de fixation tpurnée par un professionnel ou ‘bricolée’ par soi-même.

Il faut pour y parvenir tenir compte du diamètre de l’oculaire, du diamètre de l’objectif de l’appareil numérique, du positionnement de l’appareil à 1 ou 2 mm à peine de l’oculaire et enfin du fait que la plupart des appareils numériques ont un objectif zoom ‘rétractile’ uniquement ouvert et apparent en cours d’usage.

La plupart des objectifs ‘rétractiles’ ont heureusement un diamètre à peine inférieur aux petites boîtes plastiques qui servent d’emballage des bobines films 24x36 argentique. Quelques emballages de réemploi conviendront pour découper correctement un bout de tube de longueur adéquate (17 mm en mon cas), par essais et erreurs.

On peut trouver dans le commerce deux bagues optiques pour objectifs photos, la première de diamètre intérieur quasi égal au diamètre externe de cet emballage plastique (soit aussi de diamètre du pas à peine inférieur au diamètre interne de l’emballage mais avec un montage légèrement différend de celui exposé ci-dessous), la seconde de diamètre intérieur à peine supérieur au diamètre externe de l’oculaire, ces deux bagues à pas mâle-femelle commun.

La fixation de la seconde bague sur l’oculaire (qui ne sera plus destiné qu’à cet usage) peut se faire à frottement dur : on enroule du scotch cellophane autocollant vendu couramment dans le commerce (ou de la bande adhésive type isolant électrique) de 8-12 mm de large autour du bord supérieur de l’oculaire jusqu’à obtenir un bourrelet de diamètre à peine supérieur au diamètre intérieur de la deuxième bague et on ‘enserre’ la bague sur ce bourrelet en forçant légèrement, sans l’enfoncer trop fort (bord au même niveau d-que le dessus de l’oculaire).

La fixation définitive du tube plastique ‘coupé’ (après essais et découpe à la longueur idéale) se fera à l’intérieur de la première bague et sera éventuellement fixée ultérieurement à la colle ‘superglu’.

Le montage de l’appareil numérique se fera à l’intérieur de la partie restée libre du même tube plastique coupé par emboîtement de l’objectif de l’appareil numérique après mise en marche !!! Il est extrêmement important que ce montage se fasse à frottement doux, suffisamment fort cependant pour que l’appareil soit bien fixé, stable et ne tombe pas sans fausse manœuvre, mais d’autre part suffisamment doux pour que si l’appareil numérique était mis hors fonctionnement incidemment (fausse manœuvre de commande), l’objectif puisse se rétracter sans broutage du moteur de l’objectif zoom de l’ appareil numérique (un broutage risquerait de l’endommager).

ATTENTION !!! Si la fausse manœuvre survenait, il faut immédiatement saisir l’appareil photo à la main, car l’objectif se rétractant, il ne serait plus fixé en aucune manière… !!! Cela ne met cependant arrivé qu’une seule fois, tout au début d’usage du montage.

Le frottement doux est atteint avec un tube pastique coupé de diamètre à peine supérieur au diamètre de l’objectif et l’ajout de trois petits bouts de toile isolante électrique (en les coupant par essais et erreurs pour obtenir un tel frottement doux).

La ‘fixation’ de l’objet à photographier.

Un montage à rotule (comportant un pied-base en fer) ou son équivalent est souhaitable, pour pouvoir positionner l’objet en diverses positions aisément et rapidement.

La boîte micro ou l’échantillon sera ‘fixé’ délicatement sur ce montage à l’aide d’un peu de ‘mastic’.

Pour éviter les vibrations, l’ensemble sera solidaire, si possible, d’un montage magnétique qui fixera le tout au pied du microscope s’il est encore en fonte (note : les vieux hauts parleurs comportent un aimant parfois circulaire qui convient parfaitement à cet usage).

L’usage de quelques rondelles métalliques en fer glissées entre l’aimant et le pied métallique de la rotule permettra une mise au bon niveau très rapide de l’échantillon à photographier (avec l’expérience, au simple coup d’œil, le nombre de rondelles est immédiatement fixé). Le magnétisme rend le montage provisoire solidaire.

Un montage équivalent peut-être obtenu avec une balle assez lourde en caoutchouc plein (diamètre proche d’une balle de tennis) reposant dans un creux (par exemple un cendrier assez lourd). La mise au point est cependant un peu plus difficile.

Le programme d’assistance prise de vue commandée par ordinateur.

Je crois personnellement que cette aide informatique est nécessaire pour une aisance et rapidité des prises de vue, ainsi que pour évietr les vibrations au moment de la prise de vue.

La marque CANON livre un programme Zoombrowser avec la série Powershot. Nikon délivrerait également un tel programme.

Ce programme effectue, de A à Z, tous les réglages et opérations faits pour un usage normal de l’appareil photonumérique, sans aucune intervention sur l’appareil ainsi que toutes les opérations de chargement des photos prises dans le fichier choisi de l’ordinateur, directement. Il permet l’ajout de commentaires avant la prise de vue, enregistrés avec la photo. La photo est de toute façon toujours enregistrée avec un nombre référence et, à l’usage, il est bien plus rapide de noter les commentaires manuellement dans un petit carnet.

L’éclairage.

On vend dans le commerce des éclairages halogènes de type annulaire fort coûteux. A l’usage, ce type d’éclairage ‘écrase’ la photographie des minéraux, leur donnant un aspect sans relief.

J’utilise plutôt en éclairage à 1, 2 ou 3 fibres, selon les objets photographiés, avec une lampe halogène 15V 150W, réglage variable.

Le problème de la température de couleur peut-être résolu assez aisément par l’adjonction de filtres bleus à l’extrémité des fibres ; l’intensité lumineuse peut être concentrée sur l’objet par de petites lentilles additionnelles fixées au bout des fibres.

Il peut également être réglé à l’intermédiaire du programme d’assistance prise de vue (d’une manière qui ne me paraît pas meilleure) avec un papier de teinte gris référence. On notera cependant qu’un tel réglage reste approximatif , la température de couleur de la lumière étant elle-même légèrement variable avec la puissance lumineuse utilisée (dont le réglage est nécessaire pour éviter une solarisation aux faibles grossissements). De plus, la distribution de l’albédo des objets photographiés (selon la couleur) est généralement bien différente d’une répartition du blanc ou du gris référence…

L’usage.

Dans la pratique une séance de prise de vue se déroule comme suit avec mon appareil numérique CANON Powershot S40.

Avant toute opération allumer l’ordinateur et préparer l’oculaire adapté et les échantillons. Allumer l’éclairage et ‘viser’ un premier échantillon avec l’équipement normal du binoculaire ; choisir l’objectif (ou son grossissement avec un zoom) qui sera utilisé pour la photo. Faire une première mise au point visuelle. Régler l’éclairage sur faible pour éviter une solarisation à l’ouverture de la relation appareil photo-ordinateur.

La deuxième opération concerne la mise en route de l’appareil et la sélection du fichier de stockage des photos.

La connexion USB est faite à l’ordinateur après mise en route complète de l’ordinateur ; simultanément on ‘ouvre’ l’appareil photo (dégagement du volet de protection de l’objectif zoom). Cette procédure permet le raccordement automatique entre l’appareil photonumérique et l’ordinateur.

On exécute alors dans l’ordre les choix à l’aide du programme pour la mise en route de l’appareil ; la sélection du fichier de stockage des photos ; le réglage de l’appareil photonumérique (qualité de l’image, débranchement du flash, règlage du zoom à environ 1,5 x (troisième position) pour éviter le vignetage et enfin mise en route du programme de capture d’image à l’écran) et enfin seulement maintenant fixation (rappel : à frottement doux !!!) de l’appareil photo numérique sur le montage de l’oculaire utilisé pour la prise de vue.

Pour la prise de vues même, et à chaque prise de vue, on répète les opérations suivantes :

- premier réglage optique sur l’échantillon avec notamment choix de l’objectif, c'est-à-dire du champ de base de la photo ;

- réglage de l’éclairage : position des fibres, puissance de l’éclairage en fonction du choix de l’objectif, recherche éventuelle d’effets d’éclairage particuliers, recherche d’élimination de reflets parasites ou non désirés sur certaines faces ; recherche d’accentuation du relief ou de mise en valeur de l’objet principal sur un fond sombre ; etc…

- choix du côté oculaire qui sera utilisé pour la photo : on dispose de deux vues légèrement distinctes en axe mais parfois très distinctes au point de vue netteté, contraste et reflets ;

- remplacement de l’oculaire concerné par le montage oculaire de prise de vue-appareil photo en l’introduisant délicatement à la place libre ;

- mise au point de la photo par contrôle à l’écran de contrôle sur l’ordinateur, à la crémaillère du bino ;

- éventuellement augmentation du zoom (de 1,5 à 3,5 x optiquement ; jusqu’à 12 x numériquement mais cette fois avec perte de définition de l’image ; attention : cette opération provoque une rotation du couple montage photographique) et règlage correct de la puissance de la lumière (aisé avec l’expérience) ;

- repositionnement de l’objet (très délicat à gros grossissements) pour recentrage de l’image souhaitée, éventuellement rotation du montage autour de son axe constitué par le ‘tube’ de l’oculaire (opération très aisée et qui permet un cadrage et une position de l’objet au mieux sur l’image );

- éventuellement retouches aux réglages précédents ;

- prise de vue par clickage simple de la souris, flèche disposée en position ad hoc ;

- contrôle de la photo prise sur la deuxième fenêtre de contrôle de l’ordinateur (affichée simultanément à la première) ;

- note sur un carnet des références et observations, éventuellement note à l’ordinateur de remarques qui seront enregistrées avec la photo ;

- si nécessaire, repositionnement du zoom en sa position d’’attente’ à 1,5x.

L’ensemble de ces opérations prend de quelques secondes pour les sujets simples à deux à trois minutes pour les sujets délicats et recherches d’effets spéciaux, soit 20 à 40 photos par heure des prise de vue.

Les effets d’éclairage.

Les objets à relief élevé nécessitent un positionnement des fibres fortement oblique au ‘plan’ de l’objet photographié. J’utilise en pratique presque en permanence deux fibres optiques.

Par contre les détails des objets à relief faible sont généralement mieux mis en valeur par un éclairage plus rasant ce qui peut être obtenu soit en orienatnt l’objet, soit avec une troisième fibre (cf. positions particulières).

Il est généralement fort esthétique d’isoler un cristal ou un groupe de cristaux sur un fond sombre par un éclairage quasi rasant, voire ‘inversé’, jouant avec les réflexions internes de lumière sur les faces du cristal.

D’autres cas particuliers nécessitent l’usage de l’éclairage sur un seul côté (aisément réalisable par simple interception par un bout de carton, par exemple) ou des positions très particulières (obtenables plus aisément avec un deuxième système d’éclairage à une seule fibre, le système principal étant fixe pour toute la séance de prises de vues.

La profondeur de champ.

Celle-ci est toujours faible, d’autant plus faible que l’objectif utilisé est à courte focale (gros grossissements).

Un même grossissement peut être obtenu par divers couples ‘objectifs-réglage du zoom’. Dans la pratique l’image est généralement meilleure avec un objectif à très courte focale et grossissement zoom faible (1,5x) plutôt que objectif moins grossissant mais zoom élevé. De plus, l’usage d’un zoom de grossissement élevé montre généralement les traces d’éventuelles impuretés internes à l’oculaire…

La photographie d’objet plats, orientés perpendiculairement à l’axe optique, donne des images nettes et permet des grossissements plus élevés ; par contre les objets à fort reliefs laissent inéluctablement des plages moins nettes et ne permettent pas les grossissements limite. Ceci n’élimine cependant pas l’intérêt d’un fort grossissement, même légèrement flou, pour un détail particulier.

Le montage des photos…

Les ordinateurs fonctionnant sous Windows XP disposent normalement d’un programme de corrections et montages photos très performants.

Des programmes tels ‘adobe photoshop’, etc.., s’avèrent souvent d’une manipulation généralement plus lourde.

Le montage comporte généralement les opérations suivantes :

- la saisie de la photo pour la renommer : désignation définitive de son nom et remarques indispensables que vous souhaitez connaître à simple ouverture du fichier en listing ; je conseille en particulier d’y faire figurer en code le champ de la photo et non son grossissement supposé) ;

- un éventuel recadrage (je le déconseille) ;

- l’ouverture de la photo pour modification des propriétés lumineuses; généralement très légère augmentation du contraste, parfois augmentation de la luminosité ou diminution de la lumière ‘parasite’ ;

- la fixation de la taille de l’image selon l’usage qui en sera fait (note : je conseille de conserver divers fichiers des photos, soit un fichier comportant les originaux non corrigés, un éventuel fichier des photos corrigées pour la qualité de lumière, un (des) fichier(s) des photos réduites au format d’usage ;

- le stockage dans le fichier correspondant à la taille de l’image.

Ici aussi, avec l’habitude, ces opérations sont fort rapides (40 à 50 à l’heure).

Les photos sont ainsi prêtes à leur usage définitif, tirage papier ou insertion en une page texte ou net.