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Le gamma en photo numérique

 

Le gamma
Publié le 15 avril 2015 / Màj le 21 septembre 2018

 

Notre œil, comme nos écrans, "possède" un gamma ! Cela veut simplement dire que notre œil réagit à la lumière de manière non linéaire. What ?! En fait, notre œil n'est pas également sensible à la même augmentation de lumière quand il est dans une pièce sombre et quand il est en plein soleil. Allumez une deuxième bougie dans une pièce sombre et vous verrez davantage de lumière MAIS pas deux fois plus. Si, Si, je vous assure ! Maintenant, allumez la même bougie dans la même pièce mais en plein jour : cela ne changera pas grand chose et pourtant vous apportez autant de lumière que dans la pièce sombre. Étonnant non, même si on n'y fait plus attention ?


C'est surtout lorsque l'on parle d'écrans que l'on utilise la notion de gamma. Si malheureusement son contenu reste assez flou, il est important maintenant de se pencher sur ce vocable pour mieux comprendre l’œil et la vision humaine et ainsi décider, en toute connaissance de cause, le gamma de l'écran à choisir : 1,8 ou 2,2, les deux gammas les plus connus pour calibrer son écran et de s'interroger sur le rendu si particulier d'une photo HDR ?


 

 

Vocabulaire et notions générales

Le vocabulaire de la gestion des couleurs regorge de nouveautés par rapport au vocabulaire que l'on employait dans un laboratoire argentique : on parle maintenant de gamma, de courbe de réponse...

Le gamma

La notion de gamma - d'un œil, d'un écran ou d'un scanner - est une notion qui revient régulièrement dans le vocabulaire de la gestion des couleurs, notamment au moment du calibrage de l'écran. C'est tout simplement une courbe mathématique (une fonction) qui permet de connaître le lien - la corrélation - qu'il y a entre un signal émis (la lumière perçue) et la réponse d'un capteur, (par exemple notre œil). Cette fonction s'écrit sous la forme :

 

signal de sortie = signal d'entrée gamma

(Le signal de sortie est égal au signal d'entrée puissance gamma)

  

En effet, notre œil a une particularité singulière : il n'a pas la même sensibilité (ici en quantité) à une augmentation ou une diminution de lumière dans un environnement faiblement ou fortement lumineux. Un même écart de luminosité (par exemple 10 lumens) sera perçu dans un environnement sombre mais pas ou à peine dans un environnement plus clair. L’œil est en effet beaucoup plus sensible aux faibles différences de luminosité dans les faibles lumières que dans les hautes. Si vous allumez une deuxième bougie dans une pièce sombre, vous verrez plus de lumière alors que cela passera totalement inaperçu dans une pièce en plein jour. Or vous aurez dans les deux cas apporté la même quantité de lumière en plus.

 

La réponse de l’œil à la lumière n'est donc pas linéaire.


Il faut donc noter une conséquence de cette non linéarité selon les environnements lumineux : "son gamma" diffère selon les ambiances lumineuses comme le montrent les figures ci-dessous :

   
  Différence de perception de l'oeil selon l'environnement lumineux
 
 

Contraste et environnement lumineux : les deux carrés gris ont pour mêmes valeurs RVB 160 et 100 que ce soit sur fond blanc à gauche et sur fond noir à droite or on met clairement en évidence que le contraste entre ces deux carrés est pourtant supérieur sur fond blanc !

Le gamma de l’œil varie en permanence selon l'environnement lumineux et le contraste de la scène visualisée. Ainsi, il est différent un jour de brouillard et en plein soleil ou bien devant un écran et quand il regarde un tirage photo. Il varie environ de 2 à 3 en passant par le fameux 2,2 devant un écran. 

Voilà une particularité étonnante de l’œil humain mais il s'agit plus d'une particularité du corps humain et pas seulement de son œil. Cette caractéristique permet au corps humain de sentir d'importantes différences sans saturer trop vite ses capteurs sensoriels.

La dynamique de l'œil

Pour s'adapter à des environnements lumineux différents tout en continuant à voir quelque chose sans saturer trop vite ses cellules nerveuses, l’œil possède également un appendice indispensable : l'iris. Celui-ci peut s'ouvrir (lentement) et se fermer (presque instantanément) quand la variation de lumière est trop importante - quand on sort d'une pièce où l'on est resté assez longtemps en plein été, par exemple. Dans ces conditions, l'iris mesure environ un millimètre de diamètre et laisse donc passer peu de lumière alors que la nuit, après un bon quart d'heure d'adaptation, l'iris complètement ouvert mesure six-sept millimètres de diamètre. Or pour un diamètre d'iris donné (de 1 à 7 mm), l’œil est capable de voir environ 14-16 diaphragmes (selon le contraste de la scène et l'environnement lumineux - clair ou sombre - comme nous venons de le voir ci-dessus) équivalent photo et cela, donc, sur 24 diaphragmes d'amplitude totale. L'amplitude absolue de l’œil est donc de 24 diaphs environ mais, grâce à l'iris, à chaque moment de seulement 14/16 diaphs. Rappelons que les meilleurs appareils photo numériques aujourd'hui sont capables de photographier 11/13 diaphs notamment le fameux Nikon D850 mais aussi le Pentax 645Z ou encore l'Hasselblad 50C !

Donc pourquoi les images HDR ont ce rendu si caractéristique (sur les écrans non HDR) ?

Et bien tout simplement parce que le gamma de l’œil qui regarde un écran n'est pas le même que celui de ce même œil quand il était devant la scène photographiée. Comme on essaye de reproduire par ce procédé technique que l'on appelle la technique HDR d'une part et parce que l'on peut "techniquement" fusionner de nombreuses images ensemble (il n'est pas rare de fusionner 6 photos avec un écart de un diaphragme entre deux prises) et que l'on peut donc "récupérer" une dynamique "folle" de plus de 16 diaphragme que l'on essaye de visualiser avec un gamma de 2,2 donc inadapté pour visualiser plus de 16 diaphragmes. L'image semble ainsi être peu contrastée, bizarre. HDR quoi !

   
Des photos avec ou sans rendu HDR à partir de la même photo
   
 

Donc dit autrement, une photo avec beaucoup de dynamique - plus de 14/15 diaphragmes - aura toujours ce rendu typique affichée sur nos écrans à gamma fixe.

Courbes de réponse et gamma

Courbes de gammaAinsi, si j'envoie vers mon œil un signal lumineux situé exactement entre 0 et 255 donc à 128, (niveaux mini et maxi qu'il peut voir), il aura la sensation de voir un gris plutôt foncé autour de 0,2 sur une échelle de 0 à 1 et non 0,5 comme on pourrait le penser. On applique donc cette correction aux signaux que l'on envoie aux cartes graphiques pour s'adapter à cette particularité de l’œil. 
Seuls les fichiers bruts - RAW - des APN possèdent un gamma de 1 car leurs capteurs possèdent une réponse linéaire à la lumière qu'ils reçoivent (courbe bleue). Cela est important à savoir si l'on photographie en RAW.

   
 
 

Contrôle du gamma de son écran


Lorsque l'on s'approche de l'écran, on peut voir que certains échantillons semblent se fondre dans l'image à damier qui sert de fond. Si vous vous éloignez suffisamment de votre écran - environ un mètre - vous constatez qu'un ou deux échantillons semblent disparaître dans le fond de l'image et la zone semble devenir uniforme. A cette distance d'observation, il suffit de repérer la zone - donc le gamma - qui semble la plus homogène et qui ne permet plus de distinguer les pastilles du fond.


Test de vérification du gamma d'un écran


Cherchez le pastille qui s'efface dans le fond de l'image. C'est un test amusant si on le compare au gamma que l'on a choisit lors du calibrage. Il y a souvent un léger décalage, peu gênant à vrai dire.

 
     
   
  Poursuivons avec le vocabulaire spécifique de la gestion des couleurs avec les espaces colorimétriques ou espaces couleurs - 5 / 10   Suivre
   
 
 

À retenir !


 Le gamma de l’œil varie beaucoup selon l'environnement lumineux : clair ou sombre, contrasté ou pas. 

 Il est proche de 2,2 quand il regarde un écran. Voilà pourquoi la plupart des écrans sont en 2,2. 

 Il est plutôt de 1,8 quand il regarde un livre. Les écrans Art Graphique, pour les pro de l'imprimerie par exemple, sont donc surtout en 1,8.

 
     
 
 
À travers ces 10 pages nous allons apprendre tout le vocabulaire lié à la gestion des couleurs : les espaces couleurs, les profils ICC, les gamuts, etc...
 
- Introduction à la gestion des couleurs
- L’œil et la perception des couleurs
- Les couleurs et l'informatique
- Le gamma - 4 / 10
  - Le vocabulaire et les notions générales
- À retenir ...

- Les espaces couleurs
- Les profils ICC
- Attribuer un profil ICC
- Convertir une image
- Modes de conversion Relatif et Perceptif
- Qu'est-ce que le calibrage ?!

 

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