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Le gamma
Notre œil, comme nos écrans, "possède" un gamma ! Dans les deux cas cela veut simplement dire qu'ils ne réagissent pas à la lumière de manière 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. Dit autrement, il ne perçoit pas les différences de luminosité de la même manière selon l’environnement lumineux dans lequel il est plongé. Allumez une deuxième bougie dans une pièce peu éclairée 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 apporterez autant de lumière que dans la pièce sombre. Étonnant non, même si on n'y fait plus attention et quelles en sont les applications pratiques en photo et vidéo ?
Vocabulaire et notions générales à propos du gamma
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...
Vocabulaire : qu'est-ce que le gamma ?
 La notion de gamma - d'un œil, d'un écran, d'un fichier image, d'un capteur d'appareil photo ou d'un scanner - est une notion qui revient régulièrement dans le vocabulaire de la gestion des couleurs, notamment au moment de la calibration de l'écran. C'est tout simplement une courbe mathématique (une fonction non linéaire - image ci-contre) qui permet de connaître le lien - la corrélation - qu'il y a entre un signal émis (la lumière perçue représentée sur l'axe des abscisses) et la réponse d'un capteur, (par exemple notre œil, sur l'axe des ordonnées). Cette fonction s'écrit sous la forme :
Signal de sortie = signal d'entrée gamma
(Le signal de sortie est égal au signal d'entrée élevé à la puissance gamma) |
 Fondamental ! 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 selon qu'il regarde quelque chose de sombre ou clair. Dit autrement, il ne va pas percevoir de la même façon une différence de luminosité entre deux valeurs de gris par exemple selon que cela concerne des gris foncés ou des gris clairs.
a) Sa sensibilité à une différence d'éclairage est non linéaire - Imaginons que vous soyez dans une pièce normalement éclairée. Imaginons maintenant que nous soyons capables d'augmenter (d'éclairer) de +100 lumens uniquement les parties sombres de la pièce. Vous allez de suite voir la différence car cette différence se fait dans les parties sombres. Maintenant imaginons que nous augmentions cette fois-ci la luminosité, toujours de 100 lumens, mais sur des objets très éclairés alors vous verrez à peine la différence ! Ainsi, la même augmentation de luminance sur des objets sombres ou clairs n'est pas perçue à l'identique. Donc on peut dire que l'œil possède un "gamma" car sa sensibilité à la lumière est progressive. |
| La réponse de l'œil à la lumière est singulière : elle est non linéaire. |
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On peut également en déduire que si on augmente un peu la luminosité d'une pièce sombre on verra immédiatement la différence alors que cette même augmentation passera inaperçue dans une pièce claire et pourtant on aura bien ajouté la même quantité de lumière.
L'œil est en effet beaucoup plus sensible aux faibles différences de luminosité dans les ambiances sombres que claires.
b) Sa non linéarité est elle-même non constante donc "différente" selon que l'on est dans un environnement très sombre, moyennement éclairé ou en plein soleil - Il découle une conséquence de cette non linéarité selon les environnements lumineux : sa perception de différence de luminosités diffère également selon les ambiances lumineuses (claires ou sombres) comme le montrent les figures ci-dessous : |
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| La réponse de l'œil à la lumière n'est donc pas non seulement linéaire pour un environnement lumineux donné mais cette sensibilité non linéaire évolue également selon qu'il est dans un environnement sombre ou clair. |
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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.
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| Une image HDR aura toujours ce rendu un peu bizarre, "HDR", affichée sur un écran à gamma fixe d'environ 2,2. |
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Courbes de réponse et gamma
 Ainsi, 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 (et historiquement, à une particularité des écrans cathodiques à canon à électrons.)
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. Cela est important à savoir si l'on photographie en RAW mais ils ne sont jamais montrés ainsi mais directement avec une courbe de gamma adaptée à l’œil (sauf exception comme DPP pur Canon par exemple). |
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Ce test du gamma visuel de votre écran montre des échantillons gris carrés avec le niveau du gamma écrit à l'intérieur qui semblent se fondre dans l'image à damier qui sert de fond. Si vous vous éloignez suffisamment de votre écran - environ un mètre - vous constaterez qu'un ou deux échantillons semblent disparaître dans le fond de l'image et la zone semblera devenir uniforme. À cette distance d'observation, il suffira de repérer la zone - donc le gamma - qui semble la plus homogène et qui ne permet plus de distinguer les pastilles du fond.
Cherchez la 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 choisi lors de la calibration. Il y a souvent un léger décalage, peu gênant à vrai dire et cela permet de montrer que, là encore, Eizo est au-dessus du lot !
Note d'utilisation ! Le test visuel ci-dessus a été réalisé pour les écrans dont la résolution varie entre 94 et 110 dpi (FullHD, QHD ou WQHD). Pour qu'il fonctionne avec les écrans 4K, 5K, UHD, iPad, tablettes et autres dalles très hautes définitions, il faut absolument utiliser la définition native de votre écran (affichage à 100%). Sur les tablettes type iPad, cela ne fonctionne pas car on ne peut pas modifier les préférences d'affichage de l'écran. |
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Courbes gamma et télévision ou vidéo HDR
Pour améliorer le contraste affiché sur les télévisions ou les moniteurs vidéo lors de la diffusion de programmes HDR, les normes ont évolué car les besoins ne sont pas du tout les mêmes que pour les photographes. Certes, on parle toujours de HDR mais les implications sont beaucoup plus nombreuses. Ainsi, on ne parle plus vraiment de gamma à 2,2, 2,4 ou 2,6 mais de gamma logarithmique (comme si les autres ne l'étaient pas !) avec des courbes PQ (Perceptual Quantization) ou HLG (Hybrid log-Gamma). L'objectif étant d'afficher les hautes lumières avec encore plus de "pêche" notamment. J'en reparle longuement dans mon dossier HDR en vidéo 
Poursuivons avec le vocabulaire spécifique de la gestion des couleurs avec les espaces colorimétriques ou espaces couleurs - 5 / 10 |
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 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 dans une pièce moyennement éclairée. Voilà pourquoi la plupart des écrans sont fabriqués pour reproduire par défaut le fameux gamma 2,2 mais cela peut varier en vidéo entre 2,0 et 2,6.
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.
Il est plutôt de 2,4 ou 2,6 quand on regarde une vidéo car on est censé être dans le noir. Ainsi les images sont plus denses et les couleurs plus saturées. |
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Note pratique !
Eh bien nous allons choisir notre gamma écran au moment de sa calibratio différemment selon notre usage (photo ou vidéo) mais surtout, vous l'aurez maintenant compris, selon l'ambiance lumineuse de votre pièce. Il se trouve que le "fameux" gamma de 2,2 est celui qui convient très souvent le mieux pour regarder son écran dans une pièce "normalement" éclairée mais il peut y avoir des nuances :
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. Il officie comme un diaphragme dans un appareil photo en laissant passer plus ou moins de lumière. 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 moins la lumière alors que la nuit, après un bon quart d'heure d'adaptation, l'iris complètement ouvert mesure six à 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 équivalent photo (selon le contraste de la scène et l'environnement lumineux - clair ou sombre - comme nous venons de le voir ci-dessus) et cela, donc, sur une amplitude totale d'environ 24 à 26 diaphragmes. L'amplitude absolue de l'œil "est" donc de 26 diaphs environ mais, grâce à l'iris, à chaque instant, de seulement 14/16 diaphs maximum. En cd/m2 ou en lux cela représente une dynamique de 100 000 : 1 à chaque instant mais sur une échelle absolue de plus de 1 000 000 : 1. C'est cette amplitude que devra essayer de reproduire un écran vidéo HDR !
