Le facteur de contraste : gamma
Remerque importante :
La photographie numérique
n'est en fait qu'une évolution de
la photographie argentique
. De ce fait, beaucoup de termes ont été définis à l'époque de l'argentique (voire même bien avant !) et seulement adaptés à l'aire numérique.
Le facteur de contraste est une notion qui date de bien longtemps et qui était utilisé dans l'utilisation des produits argentiques.
Production d'image
Postulats
Image :
Fabriquer une image d'un objet, c'est reproduire par tout moyen cet objet sur un support plan qui soit le plus conforme possible à cet objet.
Quelques «définitions»
Lumière :
L'idée qu'on se fait d'un objet est en fait construite par la lumière qu'on reçoit de cet objet.
Densité lumineuse
Ou intensité lumineuse :
c'est la quantité de lumière qui est émise par une surface.
Dmin - Dmax
Points de l'objet :
- le moins lumineux pour
Dmin,
- le plus lumineux pour
Dmax
Le contraste
Il rend compte de la différence de luminosité entre des zones différentes d'une image.
Contraste d'une image
Il rend compte de la différence de luminosité entre :
-
la zone la plus sombre
et
-
la zone la plus claire
de l'image
Le facteur de contraste : gamma
Il rend compte de la différence de contraste entre l'image et l'objet
gamma = contraste de l'image / contraste du sujet
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Postulat ?
On va le définir comme tel dans ce document.
Est-ce adaptable ailleurs ou pas ? L'artiste dira que l'idée d'un objet n'est pas mécessairement conforme à cet objet.
Mais, on n'est pas des artistes. Nous ne sommes que de simples photographes ! Alors, on fait du figuratif pur et dur. Ce qui nous arrange quand il faut comparer ... des choses comparables.
Ne pas oublier qu'en photographie, on ne photographie ... que de la lumière .
D'où
- des zones claires : très lumineuses
- des zones sombres : peu lumineuses
Ces points peuvent être définis : (à quelques lois mathématiques près)
- pour l'objet
- pour l'image de l'objet
D'où une idée : comparer la zone la plus sombre à la zone la plus claire.
Si on étend la notion d'objet à la notion de champ d'une image, c'est à dire tout ce qu'on voit dans l'objectif au moment de la prise de vue et qui se retrouvera (a quelques petits écarts près) sur l'image, on peut alors imaginer :
- le contraste de la scène de prise de vue
et
- le contraste de l'image restituée.
Premier cas :
le contraste de l'image = le contraste de l'objet :
gamma = 1
Deuxième cas :
le contraste de l'image > au contraste de l'objet :
gamma >1
Troisième cas :
le contraste de l'image < au contraste de l'objet :
gamma <1
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Les notions ci-dessus sont très «imprécises» pour le puriste. En effet, il existe toute une panoplie de lois mathématiques pour rendre toutes ces notions
légitimes
. Mais, il n'est pas dans notre propos de faire un cours académique de photographie. Alors, pour les vraies notions scientifique : voir plein de sites autres sur Internet.
Voici quelques sites : Wikipédia, forum.nikonpassion.com, www.photographieaparis.fr, www.blog-couleur.com, ...
Gerer le facteur de contraste ?
Compte tenu de tous les aléas susceptibles d'influencer les conditions de restitution du contraste de l'objet sur l'image qu'on veut en obtenir, il faut des moyens d'intervention.
Parmi ces moyens, il existe la possibilité d'agir sur
les tons moyens
qui servent à gégler la valeur
gamma
Manipuler Gamma
Première remarque :
Gamma
est défini comme un rapport entre l'objet et l'image qu'on a pu en fabriquer.
Cette fabrication prend un chemin fort compliqué sur lequel «ce qu'on a pu saisir de l'objet» passe au travers d'une foultitude d'outils :
-
première étape :
l'objectif de l'appareil, le capteur, le logiciel de transcription des données du capteur dans un fichier ;
-
deuxième étape :
l'écran de l'ordinateur, le logiciel qui affiche le fichier image sur cet écran, l'imprimante, ...
-
troisième étape :
les outils de la personne à qui j'ai fourni le fichier pour restitution par un moyen qui m'est étranger : un autre écran, un projecteur vidéo, ... sans prendre en compte qu'il y a un autre oeil, une autre sensibilité, etc.
A chaque passage, l'image obtenue devient l'objet de l'étape suivante. Donc, à chaque passage, on peut définir un rapport entre le contraste d'entrée et le contraste de sortie,
donc un Gamma.
Si on représente l'image sur un autre matériel, on aura à faire avec d'autres rapports,
donc d'autres Gamma.
D'où :
Présomption N°1 :
le gamma
que l'on va ajuster jusqu'à le pinailler pendant des heures fera que ... l'image lue en final n'aura plus rien à voir avec l'idée qu'on s'en faisait !
Présomption N°2 :
Rien
ne dit que le
gamma
que je vais pinailler sur mon ordinateur sera
LE
gamma
idéal pour lire mon image.
Présomption N° 3 :
et si je travaillais quand-même le
gamma
de mes images ?
Regler Gamma sur son logiciel préféré
Ou comment gérer les tons moyens d'une image
Manipulation : première étape
Afficher la fenêtre
Niveaux
Repérer le curseur gris sous l'histogramme
- décaler vers la gauche pour éclaircir l'image, donc diminuer le contraste
- décaler vers la droite pour assombrir l'image, donc augmenter le contraste.
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Manipulation : deuxième étape
Eclaircir l'image
Le déplacement du curseur gris du milieu vers la gauche éclaircit l'image.
En effet, il déplace le point moyen dans la zone sombre, donc, il donne plus d'importance à la zone claire
Résultat sur l'histogramme :
des pixels sombres ont été éclaircis et sont compté maintenant dans la zone des pixels clairs.
Le logiciel a recalé
le Gamma
sur 1
Note :
il est évident ici que le curseur a été bien trop manipulé pour garder une image lisible.
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Assombrir l'image
Le déplacement du curseur gris du milieu vers la droite assombrit l'image.
En effet, il déplace le point moyen dans la zone claire. Donc, il donne plus d'importance à la zone sombre.
Résultat de l'histogramme :
des pixels clairs ont été assombris et sont comptés maintenant dans le zone des pixels sombres.
Le logiciel a recalé
le Gamma
sur 1
Note :
il est évident ici que le curseur a été trop manipulé pour garder une image lisible.
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Conclusions
Avec la gestion de l'histogramme, il est donc possible de reprendre ses images pour qu'elles soient le plus juste possible.
Dès qu'on a un minimum d'expérience, ces manipulations simples demandent quelques dizaines de secondes. Alors, pourquoi se priver d'une telle possibilité ?
Remarque importante :
cette page est à mettre en relation avec la page
Histogramme
Note en relation avec le retraitement de l'histogramme de l'image
Sur cette image, il n'est pas pris en compte une petite anomalie :
le décalage de l'histogramme de l'image d'origine sur les tons clairs.
En effet, le dessin de l'histogramme ne compte pas de pixels sur la zone la plus à droite, vers le curseur 255.
Pour reprendre correctement cette image, il convient donc d'effectuer les manipulations dans l'ordre :
- éliminer la zone claire inutile : voir la page sur l'histogramme
- donner le maximum de définition en calant
le Gamma
. Ici, cette intervention se doit d'être très douce, juste pour assurer le maximum de détail dans les creux entre les mirabelles.
Correction globale de l'image
Mode de correction
Première opération :
éliminer la zone sans pixels à droite.
Le curseur blans passe du niveau 255 au niveau 221
Deuxième opération :
chercher le meilleur compromis pour le détail du fond de tarte.
Le curseur gris est décalé vers la droite et passe à 0.84
Résultat final
Après correction, l'histogramme montre une utilisation complète du champ des pixels depuis 0 jusqu'à 255.
Cette correction convient à ma chaine de matériel, notamment mes écrans. Mais, il n'est pas sûr que cela soit le même cas sur votre chaine de matériel. Après le passage par Internet et les réglages individuels des machines ...
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Quoi qu'il en soit, il existe deux méthodes pour obtenir
LE
résultat
:
- utiliser
des mires de calibrages
pour les écrans, les imprimantes, etc.
Encore faut-il avoir une mire et savoir l'utiliser...
- plus simple à pratiquer :
visualiser ses images sur des machines les plus diverses possibles
.
Et corriger sa chaine pour obtenir le meilleur compromis.
Pour visualiser ses images sur le maximum de machines, l'idéal est d'en mettre quelques unes sur Internet. Plusieurs galeries sont ouvertes dans ce sens :
La Galerie de l'Internaute
,
fotocommunity
, par exemple.
En plus d'avoir la possibilité de comparer son travail à celui d'autres photographes, on peut recevoir des avis très souvent constructif sur son travail.
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Pour comparaison : image d'origine et image corrigée.
Un peu de données plus scientifiques
Objectif :
il s'agit de tracer sur une courbe la correspondance entre la densité lumineuse d'un point du sujet avec la densité lumineuse de ce même point sur l'image du sujet.
Axe vertical
L'axe vertical représente les densités lumineuses possibles sur l'image. Dans notre cas, on a vu que la densité lumineuse du pixel pouvait aller de 0 à 255.
Sur cet axe vertical, l'image va être représentée par des pixels dont le moins lumineux sera
D1
et le plus lumineux sera
D2
Axe horizontal
L'axe horizontal représente les densités lumineuses possibles sur l'objet : de la nuit noire au soleil le plus éclatant. La marge entre ces deux points est telle qu'il faut utiliser une échelle logarithmique.
Donc, le point le plus sombre est représenté par
LogE1
et le point le plus lumineux par
LogE2
La courbe rouge
Par définition, l'objet photographié peut supporter toutes les densités lumineuses que Dame Nature peut engendrer.
En revanche, le support sur lequel on réalise l'image n'est pas parfait :
- il ne sait pas représenter une densité lumineuse trop faible : cela explique le vide entre le zéro de l'axe et
D1
- il ne sait pas non plus représenter une densité trop lumineuse : cela explique le tassement de la courbe et
D2
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La courbe bleue
Pour simplifier les choses, traçons une courbe qui schématise la courbe rouge. Cela donne la courbe bleue qui comprend 3 zones bien distinctes :
- le segment de droite horizontale bas : il rend compte de la zone aveugle du support de l'image. Il ne se rend compte de rien tant qu'il n'y a pas un minimum de lumière.
- le segment de droite horizontale haut : il rend compte qu'à partir d'un niveau de luminosite, le support est «aveuglé». Il ne sait plus rendre compte de rien
- le segment de droite qui joint les deux horizontales : c'est la «zone utile» du support. Dans cette zone, il est capable de rendre plus ou moins exactement les différences de luminosité de chacune des zones du sujet.
Dans la réalité, on n'obtient jamais une courbe idéale de ce type. Le problème qui est à résoudre, c'est de maitriser la courbe rouge le mieux possible suivant les avancées technologiques du moment.
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Le coefficient Gamma
Tout support a des limites basses,
Dmin
, et haute
Dmax
.
En revanche, suivant les support, une plus ou moins grande zone de la luminosité naturelle sera reproduite. Sur le dessin ci-dessus, la distance
LogE1 - LogE2
peut donc être plus ou moins grande.
Donc, la pente du segment de droite sera plus ou moins grande aussi. Cette pente : c'est
Gamma
Valeur de Gamma
1 -
Le segment D2-D1 = le segment LogE2-LogE1 :
Gamma = 1
: le support rend compte exactement du contraste de l'objet.
2 -
Le segment D2-D1 est plus petit que le segment LogE2-LogE1 :
Gamma <1
: le support rend compte d'un contraste plus faible que l'objet
3 -
Le segment D2-D1 est plus grand que le segment LogE2-LogE1 :
Gamma >1
: le support rend compte d'un contraste plus important que l'objet
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Internet
regorge de pages plus ou moins alambiquées sur la théorie de la lumière et de toutes ses grandeurs, notamment celles utilisées en photographie.
Pour de plus amples précisions, s'y reporter.
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