Cours photo : la technique HDR

Cours technique HDRMaintenant que vous avez compris comment fonctionnait le principe du HDR et à quoi il sert, voyons comment se travaille la technique HDR, à l’aide du logiciel au nom imprononçable : Qtpfsgui.

1. Digression historique…

Avant d’entrer en plein de la technique de prise de photo pour le HDR, laissez moi faire une petite aparté historique qui n’est pas sans intérêt, car, en effet, la technique HDR ressemble étrangement à la technique de la photographie couleur à sa naissance, à la deuxième moitié du XIXe siècle…

premiere_photo_couleur_duhauro_1877-garr-fr_ Photographie d’Agen prise en 1877 par Louis Ducos du Hauron.

A l’époque, pour une créer une photo couleur, il fallait trois photos N&B prises successivement au travers de trois filtres: rouge, vert, bleu. Puis ensuite reconstituer la photographie pour obtenir une plage dynamique complète.

rgb_compose_alim_khan-garr-fr_ Photographie couleur de l’émir de Boukhara prise en 1911 par Sergei Mikhailovich Prokudin-Gorskii. À droite, le triple négatif en noir et blanc sur plaque de verre, montré ici en positif.

Aujourd’hui, pour créer une photo HDR, il faut trois photos couleurs prises successivement avec trois temps d ‘exposition différents. Puis ensuite reconstituer la photographie pour obtenir une plage dynamique complète.

Le parallélisme est frappant. La technologie a évolué depuis les débuts de la photo couleur : nous avons eu des pellicules pouvant capter les couleurs sur un même support.

Peut-on alors imaginer que des photos HDR prises directement par le capteur numérique ? Nous sommes encore au début de la photo sur large gamme dynamique, les technologies permettront bien des choses dans les années à venir…

En photo, n’oublions pas que la technique trichromie date de 1869 et que les photos couleurs grand public ne sont que du milieu du XXe siècle.

En informatique, on est passé en 30 ans de 2 couleurs à 16, puis 256, 65 536, et 16 millions… et ce n’est pas fini !

2. Rappel du principe

Obtenir une photo HDR, c’est à dire une image présentant un gamme dynamique bien plus importante que ce que permet d’afficher un écran d’ordinateur ou reproduire une imprimante, consiste à au traitement de plusieurs photos d’une même vue, mais à des valeurs d’expositions différentes, pour retrouver tous les détails dans les couleurs claires et les couleurs sombres.

Photo normalement exposée d’après l’appareil photo :

cours_photo_hdr_18-garr-fr_

Même vue, ici sous-exposée à EV-2
(EV = Exposure Value = Valeur d’Exposition)

cours_photo_hdr_19-garr-fr_

On récupère les détails perdus dans les zones claires de la première photo.

Même vue, ici sur-exposée à EV+2

cours_photo_hdr_20-garr-fr_

On récupère les détails perdus dans les zones sombres la première photo.

3. En pratique :

Les appareils photos numériques réflex (et souvent aussi les bridges) ont une fonction « fourchette d’exposition ».

En anglais « auto exposure bracketing », la fonction est donc la plupart du temps appelée AEB sur l’affichage :

cours_photo_hdr_21-garr-fr_

Sur ce modèle il est possible de régler l’exposition de trois photos, dans une fourchette entre 0 et 2 valeurs d’expositions autour de la valeur centrale. Ainsi on peut avoir une photo à EV-1, une à EV0 et une à EV+1 ; ou bien une photo à EV-2, une à EV0 et une à EV+2 comme ici :

cours_photo_hdr_22-garr-fr_

On peut aussi déplacer la valeur centrale à forçant l’appareil à prendre une photo sous-exposée ou sur-exposée. Les photos prisent par la fonction fourchette d’exposition suivront cette valeur pour se positionner à EV-2 et EV+2 autour.

4. Les règles de base :

1/ Utiliser un trépied, pour que le cadrage soit totalement stable entre les photos.

2/ Utiliser une télécommande, ou le retardateur, pour éviter de faire bouger le boîtier en appuyant sur le déclencheur.

3/ Éviter les sujets en mouvements (personne, véhicule…), qui donnent les « zones fantômes ».

4/ En cas de réglage manuel des valeurs d’exposition, ne pas toucher au diaphragme ! Par exemple pour sept photos :

+3 : 2sec f/4.5
+2 : 1sec f/4.5
+1 : 1/2sec f/4.5
0 : 1/4sec f/4.5 –> réglage de base
-1 : 1/8sec f/4.5
-2 : 1/15sec f/4.5
-3 : 1/30sec f/4.5

5/ Régler la balance des blancs en mode manuel pour garder un même fidélité entre les photos.

6/ Éventuellement, prendre les photos en RAW, pour pouvoir corriger l’exposition ou la balance des blancs a posteriori.

5. Le « faux-HDR » :

Il est possible à partir d’une photo unique de réaliser un HDR. Pour cela, la photo doit être prise en RAW (format de photo en 24 bits, qui doit être traité pour être affiché à l’écran).

Le format RAW permet de récupérer un peu de souplesse dans l’exposition de la photo sans perte de qualité. Ainsi, à partir d’un fichier unique, il est possible d’en enregistrer une version légèrement sous-exposée (récupération des détails lumineux), et une version légèrement sur-exposée (récupération des détails sombres).

Pour cela, nous allons jouer sur les courbes de couleurs, en déplaçant le centre de la courbe comme le montre cette illustration :

cours_photo_hdr_23-garr-fr_

Il suffit par la suite d’enregistrer trois fichiers : sous-exposé / « normal » / sur-exposé et de traiter ces fichiers dans un logiciel de tone-mapping.

6. Traitement

Cet article reprend une présentation faite dans mon club photo (Collectif Image Auvergne) le 9 juin 2009.

6.1. Logiciel

J’utilise le logiciel QTPFSGUI, qui a l’avantage d’être disponible sur toutes les plateformes (Linux, Mac, Windows), et surtout d’être libre (c’est à dire, entre autres, gratuit).

luminance_hdr_logo_2012-svg_

La version utilisée pour les captures d’écran de cet article est la 1.9.1.

6.2. Rappel

Comme nous l’avons vu précédement, l’image HDR se construit à partir de plusieurs images prises à différents taux d’exposition. Dans nos exemples, nous prendront cette photo d’intérieur d’église :

Exposition – 2 EV

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Exposition – 1 EV

cours_photo_hdr_25-garr-fr_

Exposition référence

cours_photo_hdr_26-garr-fr_

Exposition + 1 EV

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Exposition + 2 EV

cours_photo_hdr_28-garr-fr_

Nous observons des détails différents dans ces images : les couleurs du vitrail projetées sur le mur sont « cramées » dans les photos sur-exposées mais clairement visible dans les photos sous-exposées ; les détails des sièges au premier plan sous invisibles, car les couleurs sont « bouchées », sur les photos sous-exposées mais bien visible sur les photos sur-exposées.

6.3. Construction de l’image HDR

La première étape est de créer l’image HDR, en fusionnant les trois images LDR (Low Dynamic Range).

1/ « Nouveau HDR » : on charge ensemble toutes les images de la vue à HDRiser.

cours_photo_hdr_29-garr-fr_

2/Le logiciel récupère les données Exif et renseigne les champs « expositions », ce qui peut être fait manuellement si besoin…

cours_photo_hdr_30-garr-fr_

Il est possible de corriger automatiquement l’alignement des images (utile si les photos ont été faites à main levée : il faut que la perspective des images corresponde le plus possible…). Notez toutefois que les algorithmes d’alignement ne donnent pas toujours des résultats convaincants.

3/ La page suivant propose quelques outils parfois utiles : alignement manuel, suppression des images fantômes, recadrage…

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4/ Choix de l’algorithme HDRisation. En général les choix par défaut donne les résultats voulus. Mais rien ne vous empêche de tester les autres !

cours_photo_hdr_32-garr-fr_

5/ Voilà, la photo HDR est réalisée. Puisqu’elle est affichée sur un écran ne permettant la visualisation d’une image en 8 bits, il faut déplacer la barre « histogramme » pour observer l’ensemble des données de l’image.

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6/ Il faut maintenant passer au Tone-Mapping pour transformer l’image HDR en image LDR, nécessaire à son impression ou son affichage à l’écran.

cours_photo_hdr_34-garr-fr_

6.4. Traitement

Qtpfsgui propose différents algorithmes de tone-mapping, chacun ayant plusieurs critères modifiables, et donnant des résultats totalement différents.

Malheureusement, pas de règles à ce niveau. Il faut tester, passer du temps (beaucoup de temps) pour évaluer le rendement.

Par exemple, en jouant avec la variable « contraste » de l’algorithme Mantiuk :

MANTIUK, saturation = 0.8, contraste = 0

cours_photo_hdr_35-1-garr-fr_

MANTIUK, saturation = 0.8, contraste = 0.2

cours_photo_hdr_35-2-garr-fr_

MANTIUK, saturation = 0.8, contraste = 0.4

cours_photo_hdr_35-3-garr-fr_

MANTIUK, saturation = 0.8, contraste = 0.6

cours_photo_hdr_35-4-garr-fr_

MANTIUK, saturation = 0.8, contraste = 0.8

cours_photo_hdr_35-5-garr-fr_

MANTIUK, saturation = 0.8, contraste = 1.0

cours_photo_hdr_35-6-garr-fr_

MANTIUK, saturation = 0.8, contraste = 1.2

cours_photo_hdr_35-7-garr-fr_

MANTIUK, saturation = 0.8, contraste = 1.4

cours_photo_hdr_35-8-garr-fr_

MANTIUK, saturation = 0.8, contraste = 1.6

cours_photo_hdr_35-9-garr-fr_

MANTIUK, saturation = 0.8, contraste = 1.8

cours_photo_hdr_35-10-garr-fr_

MANTIUK, saturation = 0.8, contraste = 2.0

cours_photo_hdr_35-11-garr-fr_

Autre exemple, en jouant avec la variable « alpha », puis « beta », de l’algorithme Fatal. Le rendu donne un aspect jeu vidéo… qui est tout à fait réel, car les jeux, notamment les FPS (First Personn Shooter) font appel au HDR (calculé en temps réel !) pour rendre à l’écran tous les détails de l’univers virtuel dans lequel se situe le joueur.

FATAL, réduction de bruit = 0.0, saturation = 1.0, beta = 0.8, alpha= 0.0

cours_photo_hdr_36-1-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.8, alpha= 0.2

cours_photo_hdr_36-2-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.8, alpha= 0.4

cours_photo_hdr_36-3-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.8, alpha= 0.6

cours_photo_hdr_36-4-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.8, alpha= 0.8

cours_photo_hdr_36-5-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.8, alpha= 1.0

cours_photo_hdr_36-6-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.8, alpha= 1.2

cours_photo_hdr_36-7-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.8, alpha= 1.4

cours_photo_hdr_36-8-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.8, alpha= 1.6

cours_photo_hdr_36-9-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.8, alpha= 1.8

cours_photo_hdr_36-10-garr-fr_

FATAL, réduction de bruit = 0.0, saturation = 1.0, beta = 0.60, alpha= 0.1

cours_photo_hdr_37-1-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.65, alpha= 0.1

cours_photo_hdr_37-2-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.70, alpha= 0.1

cours_photo_hdr_37-3-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.75, alpha= 0.1

cours_photo_hdr_37-4-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.80, alpha= 0.1

cours_photo_hdr_37-5-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.85, alpha= 0.1

cours_photo_hdr_37-6-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.90, alpha= 0.1

cours_photo_hdr_37-7-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 0.95, alpha= 0.1

cours_photo_hdr_37-8-garr-fr_

FATAL, (…) beta = 1.0, alpha= 0.1

cours_photo_hdr_37-9-garr-fr_

Bien d’autres variables et d’autres algorithmes sont disponibles… Je vous laisse les tester !

Et, en espérant que cet article vous aura aidé à comprendre et maîtriser la technique HDR, je vous souhaite de bien beaux traitements sur vos photos !


Webographie

Le HDR sous GNU/Linux
• Photoshop HDR 32-bit Format: The Dawn of a New Era?
Images HDR et rendu HDR (.pdf)
Exposure fusion, l’avenir des photos à grande dynamique ?
• What is HDR ?
• HDR Tutorial: How to create ‘High Dynamic Range’ images using Photomatix
Imagerie à grande gamme dynamique
A New(-ish) Approach
Un tuto sur le HDR
HDR/HDRI : des images à plage dynamique élevée
• How to create HDR photos with free Qtpfsgui and Gimp
HDR avec Qtpfsgui
Tuto Qtpfsgui
• HDR, tutoriaux, conseils et astuces

Une réflexion sur “Cours photo : la technique HDR

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