PHOTOGRAPHIE HAUTE GAMME DYNAMIQUE

Les images à plage dynamique élevée (HDR) permettent aux photographes d'enregistrer une plus grande gamme de détails tonals qu'un appareil photo ne pourrait capturer sur une seule photo. Cela ouvre un tout nouvel ensemble de possibilités d'éclairage que l'on aurait pu éviter auparavant - pour des raisons purement techniques. La nouvelle fonctionnalité "Fusionner vers HDR" de Photoshop accomplit cela en combinant une série d'expositions entre crochets en une seule image, qui englobe le détail tonal de toute la série.

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Image ci-dessus avec l'aimable autorisation de Kyle Kruchock (bien que sous une forme fortement modifiée).

Il n'y a pas de déjeuner gratuit cependant; essayer d'élargir la gamme tonale se fera inévitablement au détriment d'une diminution du contraste dans certains tons. Apprendre à utiliser un logiciel HDR peut vous aider à tirer le meilleur parti de votre plage dynamique sous un éclairage délicat, tout en équilibrant ce compromis avec le contraste.

MOTIVATION :LE DILEMME DE LA GAMME DYNAMIQUE

Au fur et à mesure que les capteurs numériques atteignent des résolutions de plus en plus élevées, et donc des tailles de pixels de plus en plus petites, la seule qualité d'une image qui ne bénéficie pas est sa plage dynamique. Cela est particulièrement évident dans les appareils photo compacts modernes de 8 mégapixels ou plus, car ils sont plus sensibles que jamais aux hautes lumières soufflées ou aux détails d'ombre bruyants. De plus, certaines scènes contiennent simplement une plage de luminosité supérieure à celle qui peut être capturée par les appareils photo numériques actuels - de tout type.

Le « bon côté » est que presque tous les appareils photo peuvent capturer une vaste plage dynamique, mais pas sur une seule photo. En faisant uniquement varier la vitesse d'obturation, la plupart des appareils photo numériques peuvent modifier la quantité de lumière qu'ils laissent entrer d'un facteur de 50 000 ou plus. L'imagerie à plage dynamique élevée utilise cette caractéristique en créant des images composées de plusieurs expositions.

QUAND UTILISER DES IMAGES HDR

N'utilisez HDR que lorsque la répartition de la luminosité de la scène ne peut pas être facilement mélangée à l'aide d'un filtre à densité neutre graduée (GND). En effet, les filtres GND étendent la plage dynamique tout en maintenant le contraste local. Les scènes qui conviennent parfaitement aux filtres GND sont celles avec des géométries d'éclairage simples, telles que le mélange linéaire d'une terre plus sombre à un ciel plus lumineux dans la photographie de paysage :

Filtre GND	Résultat final

En revanche, une scène dont la distribution de luminosité n'est plus facilement mélangée à l'aide d'un filtre GND est la scène de porte illustrée ci-dessous.

Notez que la scène ci-dessus contient environ trois régions tonales avec des transitions abruptes sur leurs bords - nécessitant donc un filtre GND sur mesure. Si nous devions regarder cela en personne, nous serions en mesure de discerner les détails à l'intérieur et à l'extérieur de la porte, car nos yeux s'adapteraient à la luminosité changeante. Ce tutoriel se concentre sur l'utilisation du HDR pour mieux approximer ce que nous verrions de nos propres yeux.

Fonctionnement interne d'un fichier HDR

Photoshop crée un fichier HDR en utilisant les informations EXIF ​​​​de chacune de vos images bracketées pour déterminer leur vitesse d'obturation, leur ouverture et leurs paramètres ISO. Cela indique à Photoshop la quantité de lumière provenant réellement de chaque région de l'image. Étant donné que cette lumière peut varier considérablement dans son intensité, Photoshop crée le fichier HDR en utilisant 32 bits pour décrire chaque canal de couleur (par opposition aux 16 ou 8 bits habituels ; voir "Comprendre la profondeur de bit").

Les fichiers HDR utilisent ces bits supplémentaires pour créer une échelle de luminosité relativement ouverte, qui peut s'adapter aux besoins de votre image. Cependant, le principal avantage est que ces bits supplémentaires sont également utilisés plus efficacement que les images 8 ou 16 bits typiques (que nous appellerons désormais images "à faible plage dynamique" ou images LDR).

Le format de fichier HDR 32 bits est capable d'enregistrer une plus grande plage dynamique car il utilise ses bits pour spécifier des nombres à virgule flottante , également appelée notation exponentielle. Un nombre à virgule flottante est composé d'un nombre décimal compris entre 1 et 10 multiplié par une puissance de 10, comme 5,467x10, par opposition aux nombres entiers habituels de 0-255 (pour 8 bits) ou 0-65535 (pour 16-bit). bit). De cette façon, un fichier image peut spécifier une luminosité de 4 300 000 000 simplement comme 4,3x 10, ce qui serait trop grand même avec des entiers 32 bits.

OK, la notation en virgule flottante semble certainement plus concise, mais comment cela aide-t-il un ordinateur ? Pourquoi ne pas simplement continuer à ajouter plus de bits pour spécifier des nombres successivement plus grands, et donc une plage dynamique plus grande ? C'est un problème de rendements décroissants. Au fur et à mesure que davantage de bits sont ajoutés aux fichiers LDR ordinaires, une fraction exponentiellement plus grande est simplement utilisée pour spécifier la couleur plus précisément, et non pour étendre la plage dynamique. Il en résulte que beaucoup plus de bits sont utilisés pour décrire les tons les plus sombres que les plus clairs :

Luminosité réelle* →

Les bits LDR deviennent progressivement moins espacés →

*Tel que mesuré par un appareil photo numérique. Voir le tutoriel sur la correction gamma pour en savoir plus sur ce sujet. La représentation ci-dessus est qualitative. Les bits les plus rapprochés pour les valeurs plus sombres résultent du codage gamma. Ceci est très avantageux avec les images ordinaires et peut même aider à augmenter la plage dynamique, mais devient progressivement plus inefficace à mesure que la profondeur de bit augmente.

Les fichiers HDR contournent ce dilemme LDR en utilisant des valeurs tonales proportionnelles à la luminosité réelle du sujet. Ainsi, les bits sont espacés de manière égale sur toute la plage dynamique, ce qui permet une plus grande efficacité des bits. Les nombres à virgule flottante garantissent également que tous les tons sont enregistrés avec la même précision relative, puisque des nombres tels que 2,576x10 et 8,924x10 ont chacun le même nombre de chiffres significatifs (quatre), même si le deuxième nombre est plus d'un million de fois plus grand.

Remarque :tout comme l'utilisation d'images à haute résolution ne signifie pas nécessairement que votre image contient plus de couleurs, un fichier HDR ne garantit pas une plus grande plage dynamique à moins que celle-ci ne soit également présente dans le sujet réel.

Tous ces bits supplémentaires fournis par le format HDR sont excellents et permettent effectivement d'enregistrer une plage de luminosité presque infinie. Cependant, l'affichage et les impressions de votre ordinateur ne peuvent afficher qu'une plage étroite et fixe. Ce didacticiel se concentre donc non seulement sur la création de fichiers HDR 32 bits, mais également sur leur conversion en images pouvant être affichées sur votre ordinateur ou qui auront fière allure en tirage photographique. Cette étape de conversion est communément appelée "mappage tonal ."

PRÉPARATION SUR LE TERRAIN

Étant donné que la création d'une image HDR nécessite de capturer une série d'expositions positionnées de manière identique, un trépied solide est essentiel. Photoshop a une fonctionnalité qui tente d'aligner les images lorsque l'appareil photo peut avoir bougé entre les prises de vue, mais les meilleurs résultats sont obtenus lorsque cela n'est pas utilisé.

Assurez-vous de prendre au moins trois expositions , bien que cinq ou plus soient recommandés pour une précision optimale. Plus d'expositions permettent à l'algorithme HDR de mieux se rapprocher de la façon dont votre appareil photo traduit la lumière en valeurs numériques (c'est-à-dire la courbe de réponse du capteur numérique) - créant une distribution tonale plus uniforme. L'exemple de la porte est le mieux adapté avec plusieurs expositions intermédiaires, en plus des deux présentées précédemment.

Il est essentiel que la plus sombre de ces expositions ne comprenne pas de reflets soufflés dans les zones où vous souhaitez capturer des détails. L'exposition la plus lumineuse doit montrer les régions les plus sombres de l'image avec suffisamment de luminosité pour qu'elles soient relativement sans bruit et clairement visibles. Chaque exposition doit être séparée par un à deux arrêts, et ceux-ci sont idéalement réglés en faisant varier la vitesse d'obturation (par opposition à l'ouverture ou à la vitesse ISO). Rappelez-vous que chaque "stop" fait référence à un doublement (+1 stop) ou à une réduction de moitié (-1 stop) de la lumière capturée.

On note également un autre inconvénient des images HDR :elles nécessitent un sujet relativement statique, du fait de la nécessité de plusieurs expositions distinctes. Notre exemple précédent de coucher de soleil sur l'océan ne serait donc pas bien adapté à la technique HDR, car les vagues se seraient considérablement déplacées entre chaque exposition.

CRÉATION D'UN FICHIER HDR 32 BITS DANS PHOTOSHOP

Ici, nous utilisons Adobe Photoshop pour convertir la séquence d'expositions en une seule image, qui utilise le mappage tonal pour se rapprocher de ce que nous verrions avec notre œil. Tout d'abord, nous devons combiner toutes les expositions dans un seul fichier HDR 32 bits :

Ouvrez l'outil HDR (Fichier>Automatiser>Fusionner vers HDR...), et chargez toutes les photos dans la séquence d'exposition ; pour cet exemple, il s'agirait des quatre images présentées dans la section précédente. Si vos images n'ont pas été prises sur un trépied stable, cette étape peut nécessiter de cocher "Tentative d'alignement automatique des images source" (ce qui augmente considérablement le temps de traitement). Après avoir appuyé sur OK, vous verrez bientôt un message "Calculer les courbes de réponse de la caméra".

Une fois que votre ordinateur a arrêté le traitement, il affichera une fenêtre avec leur histogramme combiné. Photoshop a estimé le point blanc, mais cette valeur coupe souvent les hautes lumières. Vous pouvez déplacer le curseur du point blanc vers le bord le plus à droite des pics de l'histogramme afin de voir tous les détails de surbrillance. Cette valeur est uniquement à des fins de prévisualisation et nécessitera un réglage plus précis ultérieurement. Après avoir appuyé sur OK, cela vous laisse avec une image HDR 32 bits, qui peut maintenant être enregistrée si nécessaire. Notez que l'image peut encore apparaître assez sombre; ce n'est qu'une fois qu'elle a été convertie en une image 16 ou 8 bits (à l'aide du mappage tonal) qu'elle commencera à ressembler davantage au résultat souhaité.

A ce stade, très peu de fonctions de traitement d'image peuvent être appliquées à un fichier HDR 32 bits, il est donc peu utile autrement qu'à des fins d'archivage. Une fonction disponible est le réglage de l'exposition (Image>Réglages>Exposition). Vous voudrez peut-être essayer d'ajuster l'exposition pour que cela révèle tout détail de surbrillance ou d'ombre caché.

UTILISATION DE LA MAPPAGE TONAL HDR DANS PHOTOSHOP

Ici, nous utilisons Adobe Photoshop pour convertir l'image HDR 32 bits en un fichier LDR 16 ou 8 bits à l'aide du mappage tonal. Cela nécessite des décisions interprétatives sur le type de mappage tonal, en fonction du sujet et de la répartition de la luminosité dans la photographie.

Convertissez en une image 16 bits normale (Image> Mode> 16 Bits/Channel...) et vous verrez l'outil de conversion HDR. La méthode de mappage tonal utilise l'une des quatre méthodes :

Exposition et gamma	Cette méthode vous permet de régler manuellement l'exposition et le gamma, qui servent respectivement d'équivalent au réglage de la luminosité et du contraste.
Compression des surlignages	Cette méthode n'a pas d'options et applique une courbe tonale personnalisée, qui réduit considérablement le contraste des hautes lumières afin d'éclaircir et de restaurer le contraste dans le reste de l'image.
Égaliser l'histogramme	Cette méthode tente de redistribuer l'histogramme HDR dans la plage de contraste d'une image 16 ou 8 bits normale. Cela utilise une courbe tonale personnalisée qui étale les pics de l'histogramme afin que l'histogramme devienne plus homogène. Cela fonctionne généralement mieux pour les histogrammes d'image qui ont plusieurs pics relativement étroits sans pixels entre eux.
Adaptation locale	C'est la méthode la plus flexible et probablement celle qui est la plus utile aux photographes. Contrairement aux trois autres méthodes, celle-ci modifie le degré d'éclaircissement ou d'assombrissement des régions par pixel (similaire à l'amélioration du contraste local). Cela a pour effet de tromper l'œil en lui faisant croire que l'image a plus de contraste, ce qui est souvent critique dans les images HDR dépourvues de contraste. Cette méthode permet également de modifier la courbe tonale pour mieux s'adapter à l'image.

Avant d'utiliser l'une des méthodes ci-dessus, vous pouvez d'abord souhaiter définir les points noirs et blancs sur les curseurs de l'histogramme de l'image (voir "Utilisation des niveaux dans Photoshop" pour un aperçu de ce concept). Cliquez sur la double flèche à côté de "Courbe de virage et histogramme" pour afficher l'histogramme et les curseurs de l'image.

Le reste de ce didacticiel se concentre sur les paramètres liés à la méthode "d'adaptation locale", car c'est probablement la méthode la plus utilisée et celle qui offre le plus grand degré de flexibilité.

CONCEPT :HIÉRARCHIE TONALE ET CONTRASTE D'IMAGE

Contrairement aux trois autres méthodes de conversion, la méthode d'adaptation locale ne conserve pas nécessairement la hiérarchie globale des tons. Il traduit les intensités de pixels non seulement avec une seule courbe tonale, mais également en fonction des valeurs de pixels environnantes. Cela signifie que contrairement à l'utilisation d'une courbe tonale, les tons sur l'histogramme ne sont pas seulement étirés et compressés, mais peuvent à la place croiser des positions. Visuellement, cela signifierait qu'une partie du sujet qui était initialement plus sombre qu'une autre partie pourrait plus tard acquérir la même luminosité ou devenir plus claire que cette autre partie, même d'une petite quantité.

Dans l'exemple ci-dessus, même si les reflets de l'écume de mer et des roches au premier plan sont en fait plus sombres que la surface de l'océan distant, l'image finale rend l'océan distant plus sombre. Le concept clé ici est que sur de plus grandes régions d'image, nos yeux s'adaptent à la luminosité changeante (comme regarder un ciel lumineux), tandis que sur de plus petites distances, nos yeux ne le font pas . L'imitation de cette caractéristique de la vision peut être considérée comme un objectif de la méthode adaptative locale, en particulier pour les distributions de luminosité qui sont plus complexes que le simple mélange vertical dans le coucher de soleil sur l'océan.

Un exemple d'une distribution de luminosité plus complexe est illustré ci-dessous pour trois images de statues. Nous nous référons au contraste sur de plus grandes distances d'image en tant que contraste global, tandis que les changements de contraste sur de plus petites distances d'image sont appelés contraste local. La méthode d'adaptation locale tente de maintenir le contraste local, tout en diminuant le contraste global (similaire à celle effectuée avec l'exemple du coucher du soleil sur l'océan).

Image originale

Contraste global élevé
Contraste local faible Contraste global faible
Contraste local élevé

L'exemple ci-dessus illustre visuellement l'impact du contraste local et global sur une image. Notez comment les taches à grande échelle (globales) de lumière et d'obscurité sont exagérées dans le cas d'un contraste global élevé. Inversement, dans le cas d'un faible contraste global, l'avant du visage de la statue a pratiquement la même luminosité que son côté.

L'image d'origine semble correcte car toutes les régions tonales sont clairement visibles et affichées avec un contraste suffisant pour lui donner un aspect tridimensionnel. Imaginons maintenant que nous commencions avec l'image du milieu, qui serait un candidat idéal pour la conversion HDR. La cartographie tonale utilisant l'adaptation locale produirait probablement une image similaire à l'image d'extrême droite (bien que peut-être pas aussi exagérée), car elle conserve le contraste local tout en diminuant le contraste global (conservant ainsi la texture dans les régions les plus sombres et les plus claires).

CONVERSION HDR EN UTILISANT L'ADAPTATION LOCALE

La distance qui distingue le contraste local du contraste global est définie à l'aide de la valeur du rayon. Le rayon et le seuil sont similaires aux paramètres d'un masque flou utilisé pour l'amélioration du contraste local. Un seuil élevé améliore le contraste local, mais risque également d'induire des artefacts de halo, tandis qu'un rayon trop faible peut faire apparaître l'image délavée. Pour une image donnée, il est recommandé d'ajuster chacun d'entre eux pour voir leur effet, car leur combinaison idéale varie en fonction du contenu de l'image.

En plus des valeurs de rayon et de seuil, les images nécessitent presque toujours des ajustements de la courbe tonale. Cette technique est identique à celle décrite dans le didacticiel sur les courbes de Photoshop, où de petits changements progressifs de la pente de la courbe sont presque toujours idéaux. Cette courbe est illustrée pour notre exemple de porte ci-dessous, donnant le résultat final.

Outil Photoshop CS2+

Résultat final
Utilisation de la méthode d'adaptation locale

Les images HDR qui ont été converties en 8 ou 16 bits nécessitent souvent des retouches afin d'améliorer la précision des couleurs. Une utilisation subtile des niveaux et de la saturation peut considérablement améliorer les zones problématiques de l'image. En général, les régions qui ont augmenté leur contraste (une forte pente de la courbe tonale) présenteront une augmentation de la saturation des couleurs, alors que l'inverse se produit pour une diminution du contraste. Des changements de saturation peuvent parfois être souhaitables lors de l'éclaircissement des ombres, mais dans la plupart des autres cas, cela doit être évité.

Le principal problème avec la méthode d'adaptation locale est qu'elle ne peut pas faire la distinction entre la lumière incidente et réfléchie. En conséquence, il peut assombrir inutilement les textures naturellement blanches et éclaircir les plus sombres. Soyez conscient de cela lorsque vous choisissez les paramètres de rayon et de seuil afin que cet effet puisse être minimisé.

CONSEIL :UTILISER LE HDR POUR RÉDUIRE LE BRUIT D'OMBRE

Même si votre scène ne nécessite pas plus de plage dynamique, votre photo finale peut encore s'améliorer d'un avantage secondaire :une diminution du bruit des ombres. Avez-vous déjà remarqué que les images numériques ont toujours plus de bruit dans les ombres que dans les tons clairs ? C'est parce que le rapport signal sur bruit de l'image est plus élevé là où l'image a collecté plus de signal lumineux. Vous pouvez en profiter en combinant une image correctement exposée et une image surexposée. Photoshop utilise toujours l'image la plus exposée pour représenter un ton donné, collectant ainsi plus de lumière dans les détails de l'ombre (mais sans surexposition).

RECOMMANDATIONS

Gardez à l'esprit que les images HDR sont très nouvelles, en particulier dans le domaine de la photographie numérique. Les outils existants sont donc susceptibles d'être sensiblement améliorés; il n'existe pas actuellement de processus automatisé qui convertit toutes les images HDR en images agréables à l'écran ou imprimées. De bonnes conversions HDR nécessitent donc un travail et une expérimentation importants afin d'obtenir des images finales réalistes et agréables.

De plus, les images HDR mal converties ou difficiles peuvent apparaître délavées après la conversion. Bien qu'il soit recommandé de réexaminer les paramètres de conversion comme première étape corrective, une retouche avec une amélioration locale du contraste peut améliorer les résultats.

Comme pour tous les nouveaux outils, veillez à ne pas abuser de leur utilisation. Soyez prudent lorsque vous violez la hiérarchie tonale d'origine de l'image ; ne vous attendez pas à ce que les ombres profondes deviennent presque aussi claires qu'un ciel lumineux. Dans notre exemple de porte, le bâtiment et le ciel éclairés par le soleil sont les objets les plus brillants, et ils sont restés ainsi dans notre image finale. Exagérer l'effet HDR peut facilement faire perdre à l'image son sens du réalisme. De plus, le HDR ne doit être utilisé que lorsque cela est nécessaire ; les meilleurs résultats peuvent toujours être obtenus en ayant un bon éclairage pour commencer.