Les niveaux en format Raw

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Le format raw: les niveaux RVB bruts et leur interprétation

La sortie récente de l'utilitaire Raw Digger ( voir ici ) permet l'analyse des données RVB brutes contenues dans les fichiers raw générés par nos boîtiers. En effet ce logiciel permet d'ouvrir directement les fichiers raw et affiche les histogrammes des données contenues dans ces fichiers raw. Avoir accès aux données brutes permet l'analyse du comportement de nos logiciels de dérawtisation en comparant les fichiers finaux issus de cette opération et les données brutes. Il faut bien comprendre que les logiciels utilisés pour transformer les fichiers raw en images finales interprètent les données des fichiers raw et que chaque logiciel possède un rendu qui lui est propre.

Nous nous intéresseront sur cette page à la façon dont sont restitués les niveaux contenus dans les données brutes, principalement dans les zones moyennes et les hautes lumières puisque ce sont ces valeurs qui sont le plus soumises à interprètation.

Un capteur Cmos ou CCD " voit" la lumière avec un gamma de 1 et les données brutes issues du capteur sont représentatives de cette particularité: quand la valeur RVB brute double ( par exemple RVB passe de 1000 à 2000 ) c'est que le capteur a reçu 2 fois plus de lumière, soit 1Ev ( ou 1 diaphragme pour parler plus simplement ). A partir de ces données brutes il est donc facile de mettre en relation directe les unités photographiques de mesure de lumière ( Ev ou diaphragme ) et les données numériques RVB.

Ev 0 a été défini arbitrairement sur 2000 pour simplifier la lecture de ce graphique
Ev 0 se définit en fonction du réglage de la cellule de votre boîtier
nous voyons clairement qu'un doublement de la valeur brute ( chiffre du bas ) correspond à +1 Ev ( chiffre du haut )

Les capteur actuels sont en général en 14 bits, c'est à dire que chaque donnée issue d'un photosite du capteur peut avoir 2¹⁴ valeurs possibles, soit 16385 valeurs possibles ( de 0 à 16384 ). La mosaïque de Bayer qui est utilisée sur la majorité des capteurs actuels contient le double de photosites filtrés en vert que ceux filtrés en rouge ou en bleu. Il en résulte des données brutes qui contiennent 2 fois plus de données " vertes" que de données " bleues" ou " rouges" . Pour simplifier les opérations de démosaïquage, ces données " vertes" sont regroupées en 2 couches de taille égale, le fichier raw contient donc en fait 4 ( et non pas 3 ! ) couches distinctes: la couche R ( rouge ), la couche V1 ( verte 1 ), la couche B ( bleue ) et enfin la seconde couche V2 ( verte 2 ). C'est pour cette raison que les histogrammes affichés sur cette page montrent 2 couches vertes, 1 couche rouge et une couche bleue, ces 4 couches contenant le même nombre de pixels.

Analyse des niveaux d'un fichier raw

prise de vue de la mire Digital Target 4 en format raw,
Nikon D700, éclairage flash

Nous étudierons ici un fichier raw de la mire Digital Target 4 ( utilisée pour calibrer les APN - voir ici ), la prise de vue a été réalisée avec un Nikon D700 et un éclairage au flash. L'exposition a été réglée pour être en limite de l'écrêtage des hautes lumières, comme c'est souvent le cas, afin d'avoir un histogramme complet dans les hautes lumières.

La capture d'écran ci-dessous montre l'histogramme des canaux RVBV du fichier raw de la prise de vue de la mire. Nous voyons que les hautes lumières ne sont pas écrêtées et que l'exposition est correcte: sur le canal vert 2 le niveau maximum est à 14319 alors que le maximum théorique possible est à 16384 ( les données sont en 14 bits donc 2¹⁴= 16384 ), soit 0.20 Ev en dessous du maximum et il y a plus de marge sur les autres canaux.

histogramme des données raw brutes du fichier utilisé pour ce test
Nikon D700, éclairage flash
l'unité de l'axe horizontal est le niveau réel en 14 bits ( de 0 à 16384 )

Ce fichier raw a été développé en tiff 16 bits - adobe RGB 98 dans les configurations suivantes:

- Adobe Camera Raw 6.7, configuration par défaut, balance des blancs, processus 2010
- Adobe Lightroom 4, configuration par défaut, balance des blancs, processus 2012
- DxO Optics Pro 7, autoréglage " couleur naturelles " , balance des blancs
- DxO Optics Pro 7, avec profil ICC personnalisé CMP ( réalisé sur un export linéaire ), balance des blancs
- Capture One 6, contraste film standard, balance des blancs

analyse chifrée des rendus:

Une sélection de plages grises a été faite sur la partie centrale de la mire comme suit:

niveaux moyens bruts du fichier raw
Afin de déterminer la valeur de chaque plage, une moyenne a été
réalisée sur les 4 couches RVBV

Le niveau RVB de ces 8 plages sélectionnées a été relevé sur les fichiers tiff en sortie de chaque logiciel, le graphique suivant résulte de cette étude:

courbes de rendu des principaux logiciels de dérawtisation
l'axe horizontal représente les données brutes RGBG ( moyenne des 4 valeurs ) enregistrées par le capteur
l'axe vertical représente la valeur RVB ( moyenne des 3 valeurs ) en sortie de logiciel de dérawtisation dans l'espace couleur adobe RGB 98

Le graphique ci-dessus permet de comprendre le rendu des logiciels: à un niveau raw brut correspond un niveau de sortie, ces courbes sont donc le reflet du traitement interne de chaque logiciel, ce qui est extrêmement intéressant puisque très peu de données sont communiquées par les éditeurs de logiciels à ce sujet.

L'applatissement des courbes dans les hautes lumières est bien représentatif de la sensation visuelle ( sur la prise de vue de la mire ) de compression dans les hautes lumières sur tous les rendus, sauf celui de Capture One / contraste linéaire: comme son nom l'indique aucune correction autre que la correction de gamma 2.2 n'est effectuée sur les données brutes. Il en résulte un rendu assez terne et manquant de punch mais totalement neutre et respectant les données contenues sur votre fichier raw. Ce type de rendu atypique nécessite un peu de travail de votre part pour mettre au point les corrections adaptées à votre fichier ( contraste, courbes ... ) mais à mon avis ce type de rendu est beaucoup plus universel comme rendu de base pour commencer à travailler sur une image que les rendus très typés dans les hautes lumières des autres configurations logicielles testées ici, puisque a priori chaque image nécessite une correction adaptée et personnalisée il est donc préférable à mon sens de partir d'une base " saine" . Le rendu DxO corrigé avec un profil ICC sur mesure basé sur un export linéaire ( voir ici pour plus d'infos ) se situe à mi chemin entre le rendu Capture One contraste linéaire et les rendus typiques ayant une épaule de courbe ( les hautes lumières ) très applatie, c'est une bonne solution pour conserver un rendu naturel tout en conservant une transition progressive entre les hautes lumières et le blanc pur.

Réflexion sur le choix de rendu dans les hautes lumières

Beaucoup de logiciels ont fait le choix délibéré de comprimer très largement les hautes lumières vers le haut du spectre. Ce choix peut parfaitement fonctionner avec une image sous exposée qui retrouvera des niveaux corrigés sans aucune action du photographe, mais dans le cas d'une image correctement exposée ces corrections ne seront pas du tout adaptées.
Le choix d'un rendu comprimant les hautes lumières vers le haut peut s'expliquer aussi dans le cas ou le fichier raw contient des zones fortement surexposées: la transition entre les hautes lumières et les zones brulées se fait de façon plus naturelle: l'effet " fromage blanc " et la dérive de la teinte autour des zones écrêtées sont évités puisque la courbe ne présente pas d'angle brutal au point d'écrêtage ( 255 en RVB 8 bits ).
Sur l'extrait de ciel ci-dessous, le blanc est écrêté sur certaines parties ( canal vert 1 et 2, flèche rouge ). En développant avec Capture One en contraste linéaire, le bleu du ciel et les gris des nuages sont bien rendus mais la zone écrêtée présente une légère dérive de la teinte: du cyan apparaît sur le pourtour de la zone. En développant en mode " contraste film standard " , le problème est ... " résolu" puisque tout est presque banc ...
Ce choix de rendu plutôt radical est choisi comme rendu standard par la majorité des éditeurs de logiciels. Il peut donner de bons résultats et résoudre des problèmes dans certains cas mais il est dommage que la majorité des images soient traitées de la sorte ( puisque c'est un rendu proposé par défaut ), toutes ne nécessitant pas un tel traitement!

histogramme raw de la zone de ciel passez votre souris sur l'image

la gamme de mires de calibrage CMP

Exemples en images

Sur les exemples ci-dessous, les fichiers raw ont été traitéz dans Adobe Lightroom, en utilisant soit le profil standard "Adobe Couleur ", soit le profil calculé par nos soins ( rendu CMP ). Nous voyons clairement que les différences de rendu entres les différents profils sont bien réelles. Les différentes interprétation chromatiques sont assez importantes et le rendu des hautes lumières notamment beaucoup plus subtile et l'utilisation de profils sur mesure permet un rendu plus réaliste de l'ambiance générale ressentie sur le lieu de prise de vue. Il aurait été tout à fait possible d'optimiser manuellement toutes les versions mais l'objet de cet article est d'essayer de comprendre le fonctionnement interne des logiciels, j'ai donc préféré utiliser les rendus par défaut sans autre retouche manuelle.

photographie Henri Culubret - Nikon D300 - Japon, Kyoto

photographie Michel Billière - Nikon D700

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article écrit en mai 2012