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Maîtriser la plage dynamique d’une photo avec GIMP

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1 Définitions

La dynamique d’un capteur

Un appareil photo numérique enregistre le courant électrique généré sur chaque photosite du capteur pendant le délai défini par la vitesse de prise de vue. Un convertisseur transforme ce courant électrique en pixels d’une image qui sont censés représenter les caractéristiques (couleur, intensité lumineuse) de l’information captée à travers l’objectif à partir du sujet photographié.

Le courant électrique généré par un photosite est transformé en information unitaire avec une précision qui dépend de la dynamique du capteur. La dynamique d’un capteur est son aptitude à enregistrer des détails dans les zones les plus claires et les zones les plus sombres du sujet. Elle s’exprime en IL (indice de luminance). Une dynamique de 1 IL signifie que la luminosité des zones claires est le double de celle des zones sombres, 2 IL 4 fois plus élevée, et ainsi de suite.

Le critère le plus important qui détermine la dynamique d’un capteur est la surface du photosite en micromètre. Plus sa taille est grande plus la dynamique sera grande car moins le courant généré aura à être amplifié pour reconstituer un pixel de l’image.  Un capteur a une dynamique de 10 à 12 IL (jusqu’à 16 IL pour les APN professionnels) . La dynamique d’un capteur diminue avec l’augmentation de la sensibilité car le bruit généré par l’amplification du courant électrique produit par le photosite atténue les détails. On perd en général 1IL de dynamique à chaque doublement de la sensibilité.

La plage dynamique d’une image

La dynamique d’une image est son aptitude à retranscrire toute la gamme des valeurs d’intensité lumineuse du sujet photographié.  Un sujet photographié peut couvrir jusqu’à 26IL, mais l’œil humain n’est pas capable de les restituer, puisque sa plage dynamique ne couvre que 16IL.

Pour une image, on parle en réalité de plage tonale (étendue des tons enregistrés). La plage tonale  d’une image est déterminée par la dynamique du capteur,  par le format dans lequel est enregistré le fichier image et par le support sur lequel on regarde l’image (écran, papier) :

  • un jpeg restitue une dynamique MAXIMALE de 8 IL, soit 256 nuances par couleur
  • un fichier RAW restitue la dynamique du capteur, soit 10 à 12 IL suivant la qualité du capteur
  • une image HDR peut restituer 15 à 20 IL (voir plus loin)
  • un écran LCD peut restituer jusqu’à 9IL
  • une photo argentique restitue entre 6 et 12IL

Maîtriser la plage dynamique d’une image permet de produire une image plus proche de la vision perçue ou de l’émotion ressentie en face du sujet photographié.

2 Équilibrer la plage dynamique à la prise de vue

L’objectif est de ramener la dynamique de la scène à celle qu’est capable d’enregistrer le capteur, donc d’éviter les scènes trop contrastée qui vont une fois sur la photo présenter des hautes lumières cramées et des basses lumières complètement bouchées. Le problème n’est pas tant d’augmenter artificiellement la dynamique que d’obtenir une image dont la dynamique est la plus proche de celle de la scène photographiée.

Photographier en Raw

Un fichier Raw (codé sur 12 à 14 bits) enregistre beaucoup plus de nuances qu’un fichier Jpeg (codé sur 8 bits) dans lequel les nuances proches sont regroupées pour diminuer le poids du fichier. Photographier en Raw permet de conserver la sensibilité native du capteur. Les traitements visant à restituer au mieux la dynamique de la scène photographiée seront beaucoup plus efficaces en Raw qu’en Jpeg.

Utiliser les sensibilités les plus faibles

Moins le signal du capteur est amplifié, meilleure sera la dynamique de l’image. La sensibilité native d’un capteur est en général de 200ISO, voire moins pour des capteurs modernes. Lorsque le capteur et/ou l’objectif sont stabilisés, on peut retarder la montée en ISO car l’image sera nette à des vitesses plus basses que sans stabilisateur (gain de 2 à 4 vitesses suivant les marques d’APN).

Utiliser de bons objectifs

L’objectif de l’APN en est la pièce maîtresse. Les zooms de kits sont de qualité correcte, mais un objectif à focale fixe donnera en général de bien meilleurs résultats en terme de qualité et de définition de la photo, les deux ayant une incidence sur la dynamique de la photo, notamment en termes de restitution des détails dans les hautes et basses lumières.

Bien se placer

En se plaçant convenablement par rapport au sujet, il est possible d’éviter les écarts de contraste trop importants, notamment les contre-jours trop brutaux.. Par exemple en masquant le soleil derrière des branches, on atténuera le contraste et on évitera de perdre des détails dans les hautes lumières.

Exposer à droite

La notion d' »exposer à droite »  se réfère à l’histogramme. Exposer à droite signifie surexposer légèrement l’image pour récupérer des détails dans les hautes lumières. En « exposant à droite » (tonalités alignées à droite sans « pic coupé » dans l’histogramme), on évite de perdre des informations dans les hautes lumières (qui sont en général définitivement irrécupérables si elles sont « cramées »), et en même temps on en conserve un maximum dans les ombres. Ce ne serait pas le cas si on exposait les hautes lumières « au milieu » : on perdrait de l’information dans les ombres.

Dans l’image ci-contre, le pic dans l’histogramme situé à droite correspondant aux zones les plus lumineuses du paysage. Il forme une « montagne » régulière dont le pan à droite n’est pas coupé. Il y a donc possibilité de récupérer tous les détails dans cette zone, notamment dans les nuages. Aucune partie des hautes lumières n’est « cramée » et il est également possible de récupérer des détails dans les zones sombres. En savoir plus

Utiliser un filtre dégradé

L’utilisation d’un filtre dégradé à la prise de vue permet de diminuer localement l’exposition et donc de ramener la dynamique du sujet à un niveau compatible avec ce que le capteur permet de reproduire. Cette technique ne s’applique toutefois qu’à certaines photos (paysage par exemple).

 

 

3 Maîtriser la plage dynamique avec les outils de GIMP

Plusieurs outils de GIMP permettent d’étendre la plage dynamique d’une image. Mais comme on n’utilise qu’une image, on va simplement récupérer au maximum la plage tonale enregistrée par le capteur mais masquée dans les hautes ou les basses lumières. Les traitements effectués permettent donc seulement de faire ressortir des détails enregistrés en s’assurant que le fait de faire émerger les détails dans les hautes lumières ne va pas masquer les détails dans les basses lumières. Ils consistent donc à traiter indépendamment les hautes et les basses lumières. On travaille en général avec des fichiers RAW de manière à bénéficier d’une plage dynamique de base suffisante.

Une utilisation classique de ces outils est de faire ressortir plus de volumes dans les nuages d’un ciel sans assombrir le paysage sous-jacent dans une scène contrastée.

Tons foncés tons sombres

La possibilité de traiter indépendamment les tons sombres et les tons clairs est apparue avec la version 2.10 de GIMP (Couleurs/Tons sombres-Tons clairs…). En jouant sur les curseurs des deux niveaux de tons, il est possible de faire apparaitre des détails dans les hautes et basse lumières. Dans l’image ci-contre, on a ajouter des détails dans les nuages en assombrissant le ciel sans toucher aux zones plus sombres de l’image.

Utilisation d’un masque

Dans l’image ci-contre, dans laquelle on fait ressortir des détails dans les nuage et des nuances dans le ciel, on a :

  • dupliqué le calque
  • assombri l’image du calque supérieur avec l’aide de l’outil Niveaux (Menu Couleurs/Niveaux)
  • ajouté un masque de calque
  • peint sur le masque le paysage avec la couleur noire pour effacer le paysage du calque supérieur en gardant uniquement le ciel, flouté légèrement(filtres/flou/flou gaussien) le calque pour rendre moins nette la délimitation de la zone masquée.

On récupère ainsi plus de détails et de nuances dans les hautes lumières que constitue le ciel.

Utilisation d’un masque dégradé

GIMP propose la possibilité de superposer un dégradé de blanc vers noir que l’on peut associer à un masque pour atténuer ou renforcer des nuances dans l’image.

Appliqué au masque du calque supérieur, ce dégradé rend le calque supérieur de plus en plus transparent en passant du blanc au noir. Dans le cas de l’image ci-contre dont le calque supérieur a été assombri avec l’outil niveaux (Menu Couleurs/niveaux), on accentue les détails du ciel du calque supérieur tout en conservant les tonalités du paysage du calque inférieur.

Utilisation d’un masque noir et blanc

Dans le traitement décrit ci-dessus, on remplace l’utilisation du dégradé par un masque reproduisant l’image en noir et blanc. Pour cela :

  • on duplique le calque d’origine,
  • on accentue le ciel en utilisant l’outil niveaux,
  • on ajoute un masque de calque en choisissant l’option Copie du calque en niveau de gris

Le masque joue le même rôle que le dégradé dans la technique précédente : les tons gris et noir du masque rendent le calque supérieur plus ou moins transparent suivant la densité du noir. Les hautes lumières étant traduite dans des tons proches du blanc dans le masque, elles ne sont pas atténuées alors que les parties les plus sombres traduites par des gris plus ou moins sombres jusqu’au noir sont effacées et laissent apparaitre le calque inférieur avec les zones que l’on veut conserver dans leurs nuances d’origine. On peut amplifier l’effet en augmentant le contraste du masque (Couleurs/Luminosité-contraste) jusqu’à obtenir un effet assez proche d’une image HDR.

4 modifier la plage dynamique avec des greffons de GIMP

Image originale
Image obtenue avec hdr-eff

Certains greffons de GIMP permettent d’obtenir un effet pseudo HDR. Le HDR produit des images parfois un peu surréalistes, et ces greffons simulent très bien ce résultat, sans pour autant réellement intervenir sur la plage dynamique.

Il s’agit notamment des deux greffons hdr-eff et hdr-eff-plus (cliquer sur le nom pour télécharger). Une fois le fichier ouvert dans le navigateur, choisir Enregistrer dans le menu du navigateur, conserver le nom par défaut et indiquez le répertoire des scripts : Programmes (ou program files)/Gimp 2/share/gimp/2.0/scripts.

Pour activer les greffons, ouvrez Gimp, puis  cliquez sur Filtres > Script-Fu > Actualiser les scripts.

Le deuxième script permet de maîtriser quelques réglages pour modifier le rendu (tester pour voir le résultat).

Les scripts sont accessibles depuis le menu dans Script-Fu/Enhance. Il suffit de charger la photo à modifier et de lancer l’un ou l’autre des scripts (commencer par le plus simple hdr-eff).

 

5 La photo HDR avec GIMP

La photographie HDR dont l’abréviation correspond à l’expression anglaise « High Dynamic Range » que l’on traduit en Photographie à Grande Plage Dynamique, est une technique photographique permettant d’étendre la dynamique d’une photo pour approcher au mieux celle de la scène photographiée.

Pour réaliser une photographie HDR, il faut  capturer lors de la prise de vue l’ensemble des faibles comme des fortes lumières. Il va donc falloir réaliser plusieurs photos (minimum 3) en faisant  varier le temps d’exposition sur l’APN, tout en gardant tous les autres paramètres exactement identiques. Les APN un peu évolués disposent d’une fonction  bracketing d’exposition  permettant de réaliser ces prises de vue de manière automatique : une photo est correctement exposée, une sous-exposée pour récupérer des détails dans les hautes lumières et une sur-exposée pour récupérer des détails dans les ombres. L’écart d’exposition entre les photos est dans ce cas réglable entre 1 et plusieurs IL. Une fonction du logiciel permet ensuite de réunir ces 3 photos pour récupérer toutes les informations qu’elles portent en une seule photo.

Prise de vue

Un APN disposant de la fonction HDR prend de 3 photos jusqu’à 5 ou 7 suivant les appareils avec un écart d’exposition programmable (1, 2, 3, …IL) à ajuster en fonction du contraste (écart entre les hautes et basses lumières) de la scène ou du sujet photographié. Un écart de 1 IL est en général suffisant. Les 3 photos sont prises en rafale, mais il y a un risque de bougé entre chaque prise de vue et il est recommandé d’utiliser un pied ou de se caler sur un support stable.

Traitement avec Exposure Blend

Image initiale à la bonne exposition
Image HDR issue de 3 photos avec un écart de 2 IL

 

Exposure Blend est le greffon de GIMP qui permet de fusionner 3 photos pour obtenir un effet HDR. Il ne permet d’utiliser que 3 photos bien que certaines scènes nécessitent plus de photos pour capturer l’ensemble des nuances de la luminosité (dans ce cas il faut se tourner vers des applications HDR spécialisées).

 

Pour installer Exposure Blend :

  1. Téléchargez Exposure Blend.
  2. Copiez le fichier exposure-blend.scm dans Programmes (ou program files)/Gimp 2/share/gimp/2.0/scripts
  3. Ouvrez Gimp, puis dans la fenêtre Éditeur d’images Gimp, cliquez sur Filtres > Script-Fu > Actualiser les scripts.

Génération d’une image HDR avec Exposure Blend

Une fois le plugin installé, une nouvelle entrée « Exposure Blend » apparaît dans le menu Filtres : cliquez dessus sans avoir chargé d’image au préalable.

L’interface permet de sélectionner les 3 images nécessaires au traitement. Il faut veiller à spécifier correctement  quel est le fichier normalement exposé (Normal exposure), celui sous-exposé = le plus sombre (Short Exposure) et celui sur-exposé = le plus clair  (Long Exposure).

Au niveau paramétrage, l’interface  dispose de sept paramètres sur lesquels jouer, dont les deux les plus importants sont :

  • Blend Mask Blur Radius définit le rayon du flou gaussien qui s’applique aux masques de calques.  Plus la valeur entrée est élevée,  moins l’image est contrastée. Le plus simple est de faire varier cette valeur en l’augmentant depuis la valeur par défaut (8) jusqu’à l’obtention du résultat recherché (maximum 20 pour un résultat correct).
  • Blur Type/Edge Protection indique le le type de flou, gaussien ou sélectif, qui sera utilisé dans les masques de fusion. Là aussi un essai des différentes options permet de tester le résultat obtenu (commencer par la valeur par défaut)

Les autres (Dark Mask Grayscale, Bright Mask Grayscale, Dark Takes Precedence, Auto-Trim Mask Histograms, Scale Largest Image Dimension to) ont moins d’impact sur le résultat, mais méritent d’être testés.

Si vous utilisez des images au format RAW (ce qui est souhaitable), le module DarkTable de Gimp s’ouvrira automatiquement pour chacune des images (fermer DarkTable pour transférer les photos dans GIMP).

Une fois le traitement terminé, l’image HDR créée dispose de 3 calques dont ont peut modifier l’opacité pour obtenir le résultat recherché. Une fois le résultat obtenu, on aplatit l’image (Image/Aplatir l’image) et on peut améliorer le résultat final, notamment en augmentant le contraste et la saturation. On peut également aligner manuellement les calques si un léger décalage est intervenu entre les prises de vue.

Remarque : ce traitement peut être également appliqué à une photo unique (en format raw) en créant dans GIMP une version sous-exposée et une version surexposée

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