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Dossier HDR : à quoi sert l'HDR en vidéo et sur les télévisions ?

 

Dossier HDR : tout savoir sur les écrans et télévisions HDR en photo et vidéo ! - Partie 1

Publié le 25 décembre 2020   |  Mis à jour le 25 avril 2021

 

On parle de HDR en photo depuis quelques années maintenant. Il s'agit d'une technique qui consiste à "coller ou superposer" plusieurs expositions différentes (plus ou moins claires) d'une même photo ensemble afin de lui redonner du détail dans les parties sombres et claires en même temps, sur la même image, alors que l'appareil photo ne sait pas le faire en une seule prise de vue. Mais de quoi parle-t-on quand on parle d'écrans ou télévisions HDR ? S'agit-il exactement de la même chose ?


En 2021, une télévision ou un écran dédié à la vidéo doit être compatible HDR. C'est un des principaux arguments de vente après la 4K... et en attendant la 8K ! Mais, au fait, à quoi sert ou qu'apporte le HDR en vidéo ou sur une télévision et est-ce différent du HDR en photo ? Pourquoi y a-t-il plusieurs normes HDR ? Enfin, un écran dédié à la retouche photo doit-il être compatible HDR ? Nous avons donc beaucoup de choses à voir dans ce dossier consacré au HDR...

   
 
 

Guide d'achat des écrans photo et vidéo par Arnaud Frich

 
 


 


Qu'est-ce que le HDR en général et la technologie HDR de nos écrans en particulier ?

Commençons par un peu de vocabulaire : que veut dire HDR ?


Un peu de vocabulaire :  HDR est l'acronyme de High Dynamic Range (Haute, grande ou large gamme dynamique) par opposition à SDR (Standard Dynamic Range) ou gamme dynamique standard (il faudrait d'ailleurs plutôt parler de dynamique "normale"). Mais qu'est-ce que cette dynamique ? On en parle en détail dans ce qui suit...

P.S. Cet acronyme est un peu fourre-tout en vidéo et un écran ou une télévision HDR conjuguent plusieurs technologies afin, pour faire court, d'améliorer l'affichage des vidéos ou des films, en toutes circonstances, donc de ses noirs et de ses très hautes lumières. Dit autrement et pour simplifier le message à l'extrême, si l'écran ou la télévision est HDR alors ils essayent de faire les choses le mieux possible et de montrer les images avec le rendu le plus réaliste possible et les couleurs les plus chatoyantes possible !


Avant de parler de haute dynamique, qu'est-ce que la dynamique d'une image (seule donc une photo ou dans une séquence vidéo) ?

La dynamique d'une image représente l'écart de luminosité (on devrait parler de luminance pour être précis) que l'on peut mesurer entre les parties les plus sombres d'une photo et ses parties les plus claires. Dans la vraie vie, on la mesure en diaphragmes avec un spotmètre ou en lux avec un luxmètre. Une fois restituée sur une écran, elle se mesure en cd/m2 mais on parle souvent de nits, ce qui est la même chose mais il s'agit d'une terminologie plus ancienne... mais plus rapide à écrire ! Cela veut donc dire qu'il y a des images à faibles dynamiques et d'autres à haute dynamique ? Prenons quelques exemples :

1 - Photos ou vidéos peu contrastées donc peu dynamiques - Une photo (ou une vidéo) prise par temps de brouillard possède peu de dynamique (environ 6 diaphragmes) car aucune partie n'est très lumineuse ou, inversement, très sombre. L'écart entre les parties les plus sombres et les plus claires est plutôt faible car on navigue alors entre du gris foncé et du gris clair, guère plus :


Image peu contrastée donc non HDRImage peu contrastée ne nécessitant pas d'un écran HDR car le contraste affiché est faible.


Il est très facile de prendre en photo une telle scène et de l'afficher sur un écran tout ce qu'il y a de plus normal pour obtenir sensiblement la même chose à l'écran qu'en "vrai".

Note au passage ! Toute la technique d'affichage des écrans modernes ou des télévisions actuelles SDR suffit et un écran HDR n'apporterait strictement rien à cette photo ou cette vidéo. Sa diffusion serait strictement identique.

2 - Photos ou vidéos "normalement" contrastées ou dynamiques - Maintenant, sur cette photo prise un matin en bord de mer, la dynamique est plus importante puisque qu'on y trouve des parties noires, tapies dans l'ombre et le ponton blanc au milieu de la photo. Cette photo affiche une dynamique d'environ 9/10 diaphragmes :


Image normalement contrastée donc non HDRImage normalement contrastée donc toujours non HDR.


Il est non seulement très facile à tous les appareils photo ou les caméras de la prendre en photo mais également à tous les écrans de l'afficher "comme on l'a vu" en 2021, sans avoir recours à des techniques d'affichage HDR, là encore.

La technologie HDR n'apportera donc pas tout le temps quelque chose à nos films ou nos photos contrairement à ce que pourrait laisser penser le discours marketing ambiant...
 

Pour ces deux premiers exemples de photos et donc de dynamiques, il n'est pas besoin d'appareil photo, de caméras ou d'écrans HDR pour les afficher correctement. Le HDR n'apporte rien à ces images... or elles sont fréquentes ! La technologie HDR n'apportera donc pas tout le temps quelque chose à nos films contrairement à ce que pourrait laisser penser le discours marketing ambiant. C'est dit !

3 - Scènes contrastées donc "dynamiques" - Avec ces derniers cas, les choses vont se corser... et le HDR va pouvoir - vraiment - entrer en scène ! En effet, cette photo prise en plein soleil à l'automne, est très contrastée donc très dynamique car l'église à droite est complètement dans l'ombre alors que la façade du château en arrière plan est en plein soleil :



Image normalement très contrastée qui nécessiterait d'utiliser des techniques de prise de vue HDR.


Sur l'image ci-dessus où j'ai fait le choix de donner du détail à l'église à l'ombre, la façade du château au soleil est complètement sur-exposée donc je n'ai plus de détails. La dynamique de cette photo dépasse les 14 diaphragmes que sont incapables d'enregistrer mon appareil photo ou ma caméra avec une seule prise de vue, même en RAW. Pour cette photo (il en serait de même en vidéo), il faudrait 16/17 diaphragmes donc à la limite de l'œil humain en plein soleil. Cette photo illustre toute la problématique et les limites du matériel photo ou vidéo actuel, sans oublier les écrans et nous allons voir en détail pourquoi. Et c'est pour régler ces cas "limites" qu'a été inventée la technique HDR en photo et en vidéo donc il faut bien avoir à l'esprit qu'un jour on ne parlera plus d'images SDR et HDR car nos appareils photo sauront tout le temps les prendre en photo et nos l'écran les afficher correctement.

Un jour, nos écrans et nos appareils de prise de vue seront tous HDR... donc on ne fera plus la distinction SDR / HDR !
 

3bis - Autres scènes contrastées donc "dynamiques" - Cette image ne semble pas spécialement dynamique par son aspect général mais le contraste entre les bougies et l'intérieur de cette église est en fait très important et il n'y a qu'un écran HDR qui pourrait rendre justice à cette scène. Et pour cela il faut absolument qu'il puisse afficher une luminance ponctuelle supérieure à 2000 cd/m2. Autant dire que beaucoup d'écrans pourtant HDR en sont incapables aujourd'hui. Il est finalement plus facile d'obtenir des noirs profonds que de fortes luminances réalistes en 2021.


Image HDR de bougies


Petit rappel : la dynamique de l'œil humain -  Un œil humain "standard" est capable, à un instant t, de distinguer une dynamique de 100000 : 1. Cela est à peu près l'équivalent de 16/17 diaphragmes. Mais grâce à notre iris (sorte de diaphragme) qui peut s'ouvrir de 1 à 7 mm, la plage dynamique totale représente 26 diaphragmes en tout... Je détaille davantage le comportement de notre œil sur ma page dédiée à l'œil et les couleurs ou encore le gamma des écrans

Note à propos du marketing ! Il est courant de dire que son écran est capable d'afficher un contraste de 1 000 000 : 1. N'en jetez plus, 100 000 : 1 nous suffirons !

Dynamiques comparées de l'œil humain et des écrans ou télévisions HDR

 

Quand parle-t-on de haute dynamique et de dynamique standard ?

On peut donc dire que l'on commence à parler d'image HDR en 2021 quand on dépasse les 14 diaphragmes d'écart de luminance entre les parties sombres et claires d'une même image parce qu'on arrive alors aux limites techniques actuelles sans utiliser d'artifices d'affichage ou de captation.

Donc attention, on ne parle de haute plage dynamique uniquement parce que nos appareils ne savent pas la reproduire sans artifice aujourd'hui ou que son rendu affiché est un peu "spécial". Au passage, l'industrie gagne un argument de vente supplémentaire ! Donc ayez bien conscience qu'un jour, quand on saura prendre en photo ou en vidéo puis reproduire cette dynamique de l’œil sur un écran "naturellement", on ne fera plus la distinction HDR / SDR.

Donc quelle différence y-a-t-il entre une photo ou une vidéo HDR et un écran ou une télévision HDR ?

 

 

Comment régler le problème des images trop contrastées avec la technique HDR en photo ?

En combinant plusieurs photos entre elles ! En photo HDR, voilà ce que l'on ferait (et en vidéo c'est pareil même si s'y ajoute d'autres subtilités au moment de l'affichage dont nous reparlerons plus bas) :

a) Exposition sur-exposée
- On prend une première photo avec une exposition plutôt longue pour privilégier les parties à l'ombre (l'église ci-dessous) :



Évidemment - évidemment encore en 2021 mais cela continuera d'évoluer avec le temps et les avancées techniques -, la façade du château est sur-exposée (avec nos appareils actuels même ceux offrant une large plage dynamique à capteurs SONY).

b) Exposition sous-exposée - Ensuite, on prend une deuxième photo avec un temps de pose plus court en privilégiant cette fois-ci les détails dans les parties ensoleillées et alors, les zones dans l'ombres sont évidemment beaucoup trop sous-exposées et donc sans détails suffisamment visibles.



c) La fusion HDR des deux photos - Maintenant, en utilisant une technique HDR, très utilisée en photo et de plus en plus utilisée en vidéo, (notamment sur les smartphones haut de gamme qui réalisent ces deux prises de vue automatiquement), on va essayer de "fabriquer" une photo avec du détail dans les parties ensoleillées et à l'ombre en même temps. Pour se faire, on va "coller" ou "superposer" deux images, une sur et une sous exposée, ensemble avec, ici, deux diaphragmes d'écart. Dans notre exemple ci-dessus, j'ai donc essayé de rendre du détail en même temps dans les parties ensoleillées et à l'ombre mais cette fois-ci sur la même photo. Non seulement cela règle "mon problème" - j'ai bien récupéré en même temps du détail dans les hautes lumières et dans les ombres - mais cela cela donne également un rendu typiquement HDR, c'est-à-dire un petit peu spécial (image ci-dessous). Il en est exactement de même en vidéo car le principe est le même, même s'il évidemment automatisé.

 

Image HDR où l'on a fusionné deux expositions différentes ensemble afin de récupérer du détail à la fois dans les parties en plein soleil et les parties à l'ombre. En photo comme en vidéo, le principe est le même.

En fait, dans la "vraie vie" nous rencontrons des tas de scènes différentes avec des contrastes différents. Et, sans nous en rendre compte, notre œil, notre cerveau et leurs fabuleuses prouesses d'adaptation, nous permettent de les regarder avec, toujours, un contraste satisfaisant. Or, même en 2021, nos merveilleux appareils photo, nos incroyables caméras ou même nos écrans et autres télévisions HDR très haut de gamme n'arrivent pas à reproduire avec ce naturel de telles scènes très contrastées. Il faut donc ruser en utilisant des artifices techniques... qui ne sont pourtant pas totalement satisfaisants pour tout le monde et nous allons voir maintenant pourquoi.
En effet, avant de parler des problèmes spécifiques qu'essaie de régler la vidéo HDR, nous allons revenir un instant sur le rendu si particulier des images HDR sur nos écrans.

Note pratique à propos de la dynamique des capteurs photo - Les capteurs SONY sont vraiment réputés - à raison - pour offrir le plus de dynamique aujourd'hui (entre 14 et 15 diaphragmes). CANON est sensiblement derrière mais s'améliore sur ce critère, notamment avec le dernier Canon R5. Cela dit, il manque toujours entre deux et trois diaphragmes pour reproduire la dynamique de l'œil humain...

 

 


Pourquoi les photos, les vidéos ou les films HDR ont ce rendu si particulier ?

Comme je l'explique sur ma page consacrée au gamma des écrans, notre œil également possède un gamma mais contrairement aux écrans qui sont toujours réglés à 2,2, en photo et éventuellement à 2,4 voire à 2,6 en vidéo, il est variable.

Le gamma de l'œil est variable !

En effet, le gamma de l'œil varie selon le niveau de luminosité de son environnement et le contraste de la scène regardée. Ainsi, le gamma de l'œil en plein soleil n'est pas du tout le même qu'à la nuit tombante afin que notre vision offre constamment un rendu "naturel". Et c'est cette quette que poursuit l'industrie de l'image depuis un siècle. Même en 2021, elle n'y parvient pas encore ! L'industrie a trouvé un bon compromis, très souvent acceptable car, comme hasard, c'est celui que l'on rencontre le plus souvent mais dès que l'on sort de ces images "standards" donc que les contrastes s'accentuent, les limites des techniques SDR apparaissent. Maintenant, comme on n'arrête pas le progrès, cette même industrie s’attelle aux problèmes d'affichage plus extrêmes. Il est vrai aussi que nous le voulions ou non, certaines situations de contrastes comme les images de villes la nuit étaient tellement contrastées que leur rendu naturel était totalement impossible. La donne change progressivement...

Les écrans de retouches photo affichent tout le temps un gamma de 2,2, en vidéo on choisit parfois 2,4 et pour les salles de cinéma on choisit 2,6

Si l'on a opté pour un gamma de 2,2 sur nos écrans lorsqu’on fait de la retouche photo c'est parce que le gamma de l'œil est proche de 2,2 quand il regarde un écran dans une pièce "normalement" éclairée (mais également à cause du rendu des écrans CRT). Ce gamma de 2,2 convient parfaitement pour la retouche photo par exemple dans une pièce pas trop éclairée. C'est donc une moyenne en bonne approximation. En vidéo, la donne est un peu différente car on regarde souvent une vidéo dans une pièce sombre où un gamma à 2,4 est un peu mieux adapté afin que les parties sombres ne soient pas trop grises. Enfin, au cinéma, où l'on est forcément dans une salle d’autant plus plongée dans le noir que les murs sont noirs, un gamma de 2,6 est alors encore mieux adapté sans quoi les noirs des images paraîtront bien gris. Les normes vidéos préconisent évidemment un gamma à 2,2 pour l'espace couleur vidéo Rec.709, 2,4 pour le DCI-P3 voire 2,6 pour le Rec.2020 (norme cinéma). Ainsi, selon l'environnement dans lequel on est, le gamma de notre écran doit changer... mais cela dépend aussi du contraste de l'image que l'on regarde donc je mets mon billet qu'un jour on aura des écrans ou télévisions avec gamma variable à la volée tenant compte de l'environnement lumineux et du contraste de chaque image... 24 fois par seconde ! C'est bien le Graal qui se cache derrière la norme HDR Dolby Vision IQ et ses métadonnées images par images ou son concurrent direct de chez Samsung, le HDR10+ Adaptative. Le but ultime étant d'adapter l'écran au contraste de chaque image et pas de nous faire une cote mal taillée pas si géniale sauf, évidemment, ponctuellement quand une image et son contraste "colle", par hasard, parfaitement à l'écran à ce moment là.


Image "typiquement" HDR. Certes on récupère du détail dans les ombres et au soleil mais cela donne un rendu "spécial".


Pour résumer, quand on affiche une photo HDR sur cet écran à gamma 2,2, le gamma n'est pas adapté à une telle image et le rendu est "HDRisé". un peu spécial quoi !

Précision importante ! Comme je l'ai déjà précisé, le gamma "idéal" de l'écran pour une image "HDRisée" dépendra de son contraste - ou de sa dynamique - mais également de l'environnement lumineux dans lequel nous nous trouvons car notre œil ne réagit pas du tout de la même façon quand il est dans un environnement clair ou foncé. Je vous renvoie à ma page sur le gamma des écrans où je vous le montre avec deux images ... Et dire que notre œil fait cette adaptation automatiquement constamment !
Donc s'il est techniquement possible de prendre une photo avec une dynamique folle, lorsque celle-ci sera affichée sur un écran à gamma fixe de 2,2, 2,4 ou même 2,6, son rendu sera très spécial, typique des images HDR donc pas du tout naturel le plus souvent. On peut le souhaiter à titre artistique mais si l'on veut un rendu plus naturel c'est impossible actuellement.

Dit autrement, en 2021 on sait prendre des images ou des vidéos HDR mais pas les afficher avec le rendu naturel que notre œil perçoit dans la réalité, quelque soit le contraste filmé ou photographié ! Il y a encore du travail et nous allons voir page suivante quelles sont les pistes techniques envisagées pour se rapprocher toujours davantage de la vision humaine, quelque soit la scène photographiée ou filmée.

Dossier HDR

2 / 3 - Quelles sont les particularités des écrans et télévisions HDR ?
3 / 3 - Les normes HDR : HDR10, HDR1000, HDR10+, Dolby Vision

   
 
 

 
     
 
 
À travers ces 12 pages je vais partager avec vous mes conseils pour bien choisir votre écran de retouche photo ou de montage vidéo...
- Conseils généraux
- Quelle taille d'écran choisir ?
- Passer à la 4K... ou pas encore ?
- Technologie de dalle : IPS, TN VA, OLED ?
- Luminosité, contraste, HDR ou pas ?
- Quel gamut : sRVB ou large gamut ?

- Quels carte graphique, connectique et câble choisir ?
- Accélération matérielle et table LUT ?
- À quoi sert l'affichage 10 bits ?


Dossier HDR en photo & vidéo
1 - Qu'est-ce que le HDR en photo et vidéo ?

2 - Les spécificités des écrans et télévisions HDR
3 - Les normes HDR : HDR10, HDR10+, Dolby Vision

 

- Guide d'achat 2021 des écrans !
- Mes 77 tests d'écrans et de portables !
- Comment choisir son écran ? Quelques conseils... (Vidéo Youtube avec Olivier Schmitt)

- Comment calibrer son écran ? Dossier 12 pages


 

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