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La gestion des couleurs sur ordinateur

Comment réaliser et exploiter le profil ICC d'un APN ? (VIII)

Si le principe de calibration et de caractérisation d'un APN est identique à celui des autres périphériques, ici aussi, la méthode est spécifique et n'est pas triviale. Elle est toutefois mieux connue que celle relative aux autres périphériques du fait que de nombreux photographes, amateurs et professionnels ont dû l'apprendre pour s'accorder une chance de plus de réussir leurs clichés.

En théorie, le profil ICC d'un APN doit être créé en studio, dans des conditions contrôlées. De plus, la calibration des APN n'est valable que si vous travaillez en format RAW. Elle peut se réaliser en format JPEG mais elle sera moins précise.

Rappelons que le format d'enregistrement RAW, qui prend les extensions .CRW ou .CR2 chez Canon, .ORF chez Olympus ou encore .NEF chez Nikon, est la seule méthode d'enregistrement linéaire, d'où son intérêt pour photographier des scènes très contrastées (une scène à contre-jour, un coucher de Soleil, etc) qu'un mode d'exposition normal au format JPEG aurait tendance à sous-exposer ou à surexposer du fait de sa dynamique réduite.

Le format RAW est associé à ce qu'on appelle un metadata EXIF, un fichier d'échange de données contenant des informations sur l'exposition et l'optique utilisée. Ces données sont également contenues dans le format JPEG mais le format RAW a l'avantage d'inclure également des données pour la conversion RGB (il convertit les gris en image couleur en interpolant les valeurs chromatiques des pixels manquants dans chaque canal RGB) comme expliqué dans l'illustration présentée ci-dessous à droite. Bien sûr les données EXIF disparaissent si vous traitez l'image dans une application graphique. Vous pouvez néamoins au préalable faire une copie du fichier ou sauver les données sous forme d'un fichier externe imageinf.txt.

Il existe quelques logiciels capables d'afficher les informations EXIF et de les gérer. Parmi ceux-ci citons en particulier PhotoME et Thumber qui sont gratuits.

Logiciel à télécharger : PhotoME - Thumber

Editeurs des metadata EXIF et d'images numériques

A gauche, le logiciel PhotoME (gratuit) permet d'éditer et de modifier les métadonnées (données EXIF) attachées à toute image JPEG ou RAW réalisée avec un APN. Au centre, le logiciel Thumber qui permet d'éditer les métadonnées et de traiter sommairement les images. A droite, la grille RGB de Bayer dont voici la distribution spectrale. Ce schéma décrit la "démosaïsation" et l'interprétation réalisées par le convertisseur RAW pour reconstituer une image RGB. Documents T.Lombry et Adobe adapté par l'auteur. 

Calibration d'un APN

Pour effectuer la calibration ou étalonnage d'un APN, vous devez tout d'abord établir une "balance des blancs" manuellement. Qu'est-ce que cela signifie ? Si vous photographiez une pièce éclairée à la lumière d'un projecteur de studio (3400 K) ou d'ampoules électriques de 100 W (2865-3000 K), cela équivaut à plonger la scène dans une lumière artificielle orangée comme le montre ce diagramme de distribution spectrale. Vos photographies présenteront donc une belle dominante orange également, couleur que votre oeil ne discerna probablement pas.

Il est possible de la réduire ou de la supprimer par traitement d'image mais généralement le résultat n'est pas optimal car vous perdez beaucoup de nuances dans les rouges en éclaircissant les couleurs complémentaires. Bref, cela n'équivaut jamais à une image correctement exposée. Il faut donc traiter le problème à la source et n'utiliser cette méthode de correction que si vraiment vous avez oublié de changer de température de couleur à la prise de vue, ce qui peut toujours arriver si vous travaillez dans différents conditions.

Il existe deux méthodes pour équilibrer une température de couleur : 

- Utiliser des filtres compensateurs adaptés à la lumière artificielle (filtres Kodak Wratten 82B, 85B, 85C, etc)

- Corriger la balance des blancs de manière électronique

La première méthode s'applique aux appareils photos argentiques, la seconde aux APN.

Etablir la balance des blancs signifie "neutraliser" cette dominante artificielle afin que la couleur de vos images ne soit pas altérée par la température de couleur de l'éclairage. La procédure doit être réalisée en mode manuel car en mode automatique (auto, programme, etc), la balance des blancs laisse généralement une dominante orangée comme on peut le voir sur les images suivantes. Dans ce cas-ci, même la photographie prise au flash et exposée au mieux, n'est pas satisfaisante.

Concrètement, on réalise la balance des blancs en visant une zone blanche (feuille de papier, mur blanc) qui sera indiquée à l'APN comme représentant la valeur du blanc. Pour le détail je vous suggère de vous reporter au manuel d'utilisation de votre APN. La procédure est très simple et s'effectue en 2 ou 3 opérations.

Quelle est la bonne couleur de cette nature morte ? Ces trois images ont été réalisées avec un Canon Powershot S30. Le studio est éclairé avec des lampes à incandescence de 100 W présentant une température de couleur de 2865 K. A gauche une photographie réalisée avec le flash incorporé de l'appareil (5500 K) à 1/60eme de seconde f/3.2 zoom au minimum en réduisant l'exposition de -0.7 EV et en poussant le flash de +1.0 EV pour accentuer la clarté. Les couleurs des fleurs sont conformes mais il y a des reflets lui donnant un aspect de plastique et l'arrière-plan est sous-exposé, présentant une dominante brune liée à l'éclairage au tungstène. Au centre, une image réalisée sans flash, à 1/8eme de seconde f/3.2 avec une balance des blancs automatique (mode auto). L'image n'est pas du tout conforme; elle présente une dominante orange prononcée et légèrement sépia. A droite, mêmes conditions mais après avoir réalisé une balance des blancs manuelle sur le mur du fond. C'est le meilleur des trois résultats. Reste à agrandir la profondeur de champ et améliorer la mesure de lumière.

En résumé, admettons que votre scène soit éclairée par des lampes au tungstène. Leur température de couleur est de 3000 K. Un photographe vous dira qu'elle peut être compensée par un filtre Kodak Wratten 82B, bleu ciel. Or vous n'avez pas ce filtre. Comment procéder avec un APN ?

Tous les APN disposent d'une fonction "WB" (White Balance) qui permet d'adapter le processeur d'image à différentes conditions d'éclairage prédéfinies, allant de la lumière du Soleil, au Soleil ombragé à différents sources d'éclairage artificielles. La balance automatique permet généralement d'ajuster la température de couleur de la lumière du jour entre 3500 et 8000 K, et manuellement (sélection K sur le Nikon D2x par exemple) entre 2500 et 10000 K par incrément de 50, 100 ou 400 K.

Il existe un mode particulier qui est l'évaluation de la balance des blancs. C'est cette fonction que vous devez sélectionner en combinaison avec le bouton SET qui permet de mémoriser la valeur de la couleur mesurée. Le résultat est immédiat. Ainsi, avant d'appuyer sur SET, sur l'écran LCD de votre APN, le blanc était orangé. Après avoir appuyé sur SET, comme par miracle sa couleur a été neutralisée et est à présent blanche, ce que nous voulions obtenir.

De la même manière que vous pouvez choisir manuellement la température de couleur des ampoules au tungstène parmi les choix prédéfinis dans le menu de la fonction WB (vous choisissez l'icône de l'ampoule tungstène), en appuyant sur SET, cela équivaut à dire au processeur que la température de couleur du blanc mesuré doit être portée à la lumière du jour, soit 5500 K (celle du flash par exemple) et donc que toutes les autres couleurs de l'espace chromatique doivent être recalculées par rapport à ce blanc. En mesurant la balance des blancs manuellement, la méthode est beaucoup plus précise que celle qui consiste à choisir une valeur prédéfinie car elle se base sur une mesure réelle qui peut s'écarter de plusieurs centaines de kelvins des valeur prédéfinies.

Menu de la balance des blancs du Canon EOS 1D Mark II.

A présent, si vous photographiez une scène à la lumière de vos ampoules à incandescence, il n'y aura plus de dominante orange. CQFD, la méthode fonctionne très bien, quelle que soit la température de couleur à équilibrer.

Précisons que chaque marque d'APN définit ses propres étalons et cela varie parfois même d'un modèle à l'autre. En théorie la CEI a fixé la température de la lumière du jour à 6500 K mais on trouve dans ses "white papers" une fourchette oscillant entre 5500 et 6500 K. En revanche, les fabricants d'APN s'accordent pour donner à la lumière du jour une température de couleur de 5500 K. Or en pratique ce n'est pas ce qu'on constate. Chez Canon par exemple, la lumière du jour est fixée à 5200 K sur le modèle 1D, 5300 K sur l'EOS, 5500 K sur le D30 et 5900 ou 6000 K pour le flash ! Chez Nikon, cela varie également entre 5200 et 5400 K...

L'étape suivante de la calibration consiste à choisir une sensibilité, une résolution et une ouverture précises. En général, on peut choisir une sensibilité de 50 ou 100 ISO où le bruit électronique est très faible et où les prises de vue en studio (ou au Soleil) se font sous un éclairage intense. Vous devez enfin sélectionner la résolution la plus élevée et une ouverture de f/4 idéalement (tout en respectant une profondeur de champ suffisante pour englober tous les objets de la scène) car c'est à cette valeur d'ouverture que l'image présente sa plus haute définition.

Ensuite vous pouvez photographier une mire de couleurs mais uniquement en mode d'exposition manuel et en format RAW et dans des conditions d'éclairement stable; c'est-à-dire si possible couplé au flash en studio ou, en extérieur, en plein Soleil de midi et en veillant à ce que la mire soit uniformément éclairée pour éviter toute variation de luminosité qui ajouterait un biais artificiel au profil que vous allez créer. Sauf si vous avez les moyens de maîtriser la prise de vue (éclairage, arrière-plan, etc), il va sans dire que la prise de vue en extérieur donnera généralement des résultats variables et donc difficilement exploitables.

A acheter : X-Rite MSCCC ColorChecker Chart

La calibration des APN. A gauche, le logiciel ProfileMaker de X-Rite servant à calibrer les APN et créer les profils ICC. Sur cette image on constate que la tolérance de la mire photographiée et analysée présente un DE ~ 3, dans les normes des impressions commerciales (DE=6). Au centre, le résultat de la calibration d'un APN Kodak EasyShare DX6490 obtenu en photographiant une mire Gretag Macbeth qui fut analysée par le programme Imatest. Le DE = 6.29 pour une saturation de 94%. L'APN a tendance à désaturer les couleurs. A droite, une mire de calibration DigitaL TargeT 003 développée par le photographe Christophe Métairie et adaptée aux APN. Documents Newpapers & Technology, Digital Camera Info et Christophe Métairie.

Si vous ne disposez pas de mire, vous pouvez en fabriquer ou en acheter une dans le commerce. Si vous souhaitez la fabriquer et si vous photographiez souvent des portraits, des paysages ou encore des natures mortes, placez des sujets familiers de ces différentes catégories dans une composition, tout en incluant également une mire de couleur (IT8, ColorChecker, etc) et une gamme de gris à l'avant-plan. Présentez-la verticalement sans aucun reflet. Au plus la scène sera colorée et contiendra de nuances, au meilleur sera le résultat. Voici quelques exemples de mires personnalisées : Colour-Science, OrderPicture.

 Kodak, Hutcheson Consulting, X-Rite et Wolf Faust parmi d'autres fabricants vendent des mires de calibration standards au format IT8 (ou HCT). Pour les mires HCT, étant donné qu'elles ne sont pas encore supportées par tous les programmes, consultez le site du fournisseur pour connaître la compatibilité de leurs profils avec les logiciels existants.

Du fait que les APN sont très proches et souvent supérieurs à la réponse spectrale de l'oeil humain, les mires IT8 qui leur sont dédiées présentent une tolérance DE ~ 0.5. C'est notamment le cas de la mire DC ColorChecker de X-Rite (DC valant pour Digital Camera). Toutefois la plupart des écrans ne pourront pas atteindre cette tolérance et donc afficher vos images dans tous leurs détails. Dans le meilleurs cas, il faudra utiliser un écran de la classe NEC Spectraview 2180WG-LED pour l'atteindre et même la dépasser comme en témoignent ces mesures réalisées par Tom's Hardware.

Qualité des mires de référence

Dans le détail toutes les mires de calibration pour APN ne sont pas équivalentes. Les mires IT8 par exemple vendues par Kodak, Fujifilm et différents constructeurs n'ont pas la même qualité que celles fabriquées par Wolf Faust (IT 8.7/1, IT 8.7/2 et ISO 12641) ou Hutcheson Consulting (HCT). Cela joue sur des détails mais qui peuvent d'avérer ennuyeux dans certaines conditions d'utilisation.

Ainsi, les plages de la mire DC ColorChecker de X-Rite sont brillantes... très ennuyeux pour du travail en studio (ou en plein Soleil) ! Elle a donc été remplacée en 2005 par un modèle semi-brillant, la DC ColorChecker SG (semi glossy) mais ce n'est pas encore l'idéal. Les deux modèles sont proposés sur le marché. En revanche, je vous recommande la mire DigitaL Target (85 €) de Christophe Métairie ou celle de Hughmclean (celle de Gettyimages n'étant plus disponible).

Mires tests à télécharger : OrderPicture - Hughmclean

Bits, pixels et taille des images

Quelle taille occupe une photographie définie en 2048 x 1536 pixels ?

Rappelons que 1 KB contient 1024 bits et que la technologie actuelle des APN code l'information sur 24 bits/pixels (équivalent au "true color"). Chaque couleur est donc codée sur 8 bits. Dès lors une image de 2048 x 1536 pixels non compressée occupe (2048 x 1536 x 3) / 1024 = 9.2 MB.

Logiciel de caractérisation pour APN

Quelle que soit la solution choisie, photographiez la composition avec et sans mire et imprimez ces photographies. Bien entendu, cette méthode à ses limites car en extérieur vous ne maîtrisez pas la lumière du jour qui passe littéralement pas "toutes les couleurs". La caractérisation des APN est donc avant tout une opération à réserver aux professionnels de studio.

Quoi qu'il en soit, lorsque la mire sera photographiée, vous pourrez l'analyser et établir un profil ICC avec l'un des nombreux logiciels du marché. Rappelons que le logiciel de caractérisation d'un APN est différent de celui utilisé pour gérer les profils d'un écran, d'un scanner ou d'une imprimante.

Parmi les produits standards pour APN, il y avait le logiciel Monaco DCcolor de X-Rite mais dont la vente a été arrêtée. On peut le trouver d'occasion. Ce logiciel était livré sans mire, mais le constructeur, tout comme Kodak, conseille d'utiliser une mire X-Rite/Gretag Macbeth. Ce programme supportait également les profils IT8 et HCT.

Vous pouvez également utiliser le programme Capture NX de Nikon ou Adobe Camera Raw dont voici une courte revue. Ce dernier produit est un plug-in qui est uniquement supporté par les applications Adobe Creative Suite, Photoshop CS et Photoshop Elements dont les versions ne se comptent plus.

Malheureusement ces programmes ne sont pas complets, et bien que l'APN doit être sélectionné dans une liste de modèles supportés, ces programmes génèrent un profil ICC générique.

Il est préférable de réaliser la caractérisation d'un APN avec le logiciel ProfileMaker PRO de X-Rite, Imatest ou encore Capture One Pro pour tirer le maximum de l'appareil et générer un profil ICC spécifique qui permettra à l'application graphique de connaître exactement la manière dont l'APN enregistre les couleurs. 

Comme dans le cas des autres périphériques, le profil ICC de l'APN doit être sauvegardé dans le répertoire par défaut du système d'exploitation afin qu'il soit accessible aux autres applications :

- pour Windows XP, Vista ou Seven sous c:\windows\system32\spool\drivers\color\

- pour Windows NT sous c:\winnt\system32\spool\drivers\color\

- pour Mac OS 10 sous /System Folder/Application/Support/Adobe/Color:Profiles/

- pour Mac OS 9 sous /Library/ColorSync/Profiles/

Exploitation du profil ICC d'un APN

Le contenu du fichier binaire du profil ICC d'un APN (un fichier .ICM) est assez similaire à celui d'une imprimante, il est seulement plus petit (~100 KB) car les données sont moins nombreuses. Il reprend 180 valeurs chromatiques des composantes RGB et autant des composantes de l'espace L*a*b (X,Y,Z, L, a, b). Comme pour les autres périphériques, le fichier est complété par des données sur la prise de vue (version du logiciel de profiling, température de couleur, mode, etc).

Sélection sous Photoshop d'un profil ICC pour un Nikon D1x généré par ProfileMaker juste avant le chargement d'une image ne contenant aucune référence de profil (jamais sauvée dans un logiciel supportant cette fonctionnalité). Au cours du chargement les couleurs de l'image seront converties dans l'espace de travail RGB sur base des valeurs contenues dans le profil de l'APN (et éventuellement du profil ICM de l'écran).

Lorsque le profil est sauvegardé dans le répertoire système par défaut, ouvrez votre application graphique, par exemple Photoshop, et chargez une image originale (qui n'a jamais été sauvegardée dans un logiciel de traitement d'image supportant les profils ICC). 

Ainsi que le montre la fenêtre présentée à droite, Photoshop affichera une erreur "Missing Profile" et trois choix possible. Choisissez l'option "Assign Profile" et sélectionnez le profil de votre APN dans la liste qu'il proposera. Activez ensuite l'option "and then convert Document to working RGB" pour l'ajuster à votre espace de travail (Adobe 1998 par exemple) en tenant éventuellement compte de votre profil ICC d'écran défini dans le menu des gestions des couleurs ou en mode d'épreuve (View/Proof Setup, Custom).

Le fait de convertir automatiquement l'image dans l'espace colorimétrique de travail rendra l'image conforme à la sensation visuelle. Toutefois, à cette étape, le gamut de couleurs peut déjà être réduit et fortement altérer votre image si vous l'aviez créée dans une autre application sans tenir compte d'aucun profil.

Si vous constatez des variations de couleurs c'est parce que l'espace colorimétrique de travail a tenu compte des données du profil. Vous allez probablement devoir compenser les couleurs de l'image de la même manière que vous le feriez en utilisant un profil d'écran ou de scanner. Si vous activez le mode d'épreuve, vous pouvez travailler sur cette image, la retoucher, etc car ses couleurs seront conformes à celles qui seront imprimées.

Rappelons que les profils ICC ne sont pas associés par défaut aux images digitales sauvegardées par les applications. Sous Photoshop par exemple, ces profils ne sont supportés qu'avec les formats PSD, PDF, JPEG, TIFF, EPS et DCS pour lesquels vous devez les associer à l'image en forçant un "Save as" et dans la fenêtre "Color" activer la case du profil ICC courant, par exemple : "ICC profile: sRGB IEC61966-2.1". Au prochain chargement.de l'image il sera automatiquement associé au document, converti dans l'espace de couleur de travail, ce qui vous évitera d'avoir le message d'erreur présenté ci-dessus à droite.

Mode RAW et espaces colorimétriques des APN

Les images photographiées par un APN au format JPEG sont enregistrées avec des paramètres très précis qui ne nécessitent plus vraiment de correction de couleurs en laboratoire. C'est pourquoi l'image que l'on charge sous Photoshop peut juste être légèrement améliorée en la convertissant dans un autre espace de couleurs, mais ceci est également vrai pour toute image provenant d'un scanner ou d'une source vidéo.

Sélection du format et de la résolution des images sur le Canon ESO 20D.

Plus utile pour la retouche numérique, les APN supportent des espaces de couleurs en mode RAW. L'espace sRGB est supporté depuis sa sortie en 1996 suivi par Adobe RGB en 1998 et dans la foulée par les nouvelles versions de Photoshop et de nombreuses autres applications supportant le format RAW.

Généralement les APN compacts permettent juste d'adapter les paramètres de chromaticité avant la conversion en mode RAW. En revanche, les APN réflex supportent les espaces Adobe RGB et sRGB en mode RAW. Rappelons que l'espace sRGB est surtout intéressant pour les photographes désirant publier leurs images sur Internet, Adobe 1998 étant orienté prépresse.

D'autres modèles appellent ces espaces de couleurs les Modes I, I, II ou IV. Parfois il s'agit d'espaces dérivés du sRGB mais généralement ils sont équivalents soit au sRGB soit à Adobe RGB. Toutefois, selon différentes revues de produits, les tests de calibration montrent clairement que certains modes affichent des dominantes ou des pertes sensibles de saturation.

Malgré quelques défauts de jeunesse, étant donné que le mode RAW présente une correction gamma linéaire et un seul canal de données par pixel, la conversion dans les espaces Adobe RGB ou sRGB permet de générer une véritable image RGB exploitable sur ordinateur (cf graphique du mode RAW présenté plus haut). 

Pour supporter ces espaces colorimétriques, Nikon a sorti un éditeur d'image numérique baptisé Capture NX (remplaçant la version Nikon Capture) qui assure la gestion des couleurs un peu dans le style de Photoshop. Il est bien sûr dédié aux APN Nikon mais peut éditer n'importe quelle image JPG notamment.

La photographie sous-marine

Comment peut-on calibrer une image à quelques dizaines de mètres de profondeur sachant que la scène est naturellement plongée dans tous les sens du terme dans une teinte bleue-verdâtre ?

C'est effectivement un cas particulier qui sort des conditions de studio ! Mais on peut appliquer sous l'eau des techniques de studio ou celles qu'on utilise en plein air. Rien ne change si ce n'est qu'il faut veiller à utiliser du matériel conçu pour la plongée sous-marine, étanche et imputréscible.

En photographie sous-marine, on peut dire qu'il existe un problème de "calibration" car l'eau joue le rôle d'un puissant filtre absorbant diffusant une lumière cyan (ou vert) qu'il faut neutraliser. Il existe deux manières. Soit vous utilisez un puissant éclairage d'appoint et calibrez votre système photographique sous l'eau en effectuant une balance des blancs manuelle TTL sur une surface "blanche", soit vous travaillez avec du matériel photo ou cinéma équipé de filtres compensateurs orange (ou magenta pour les eaux vertes) comme le montrent les illustrations suivantes. Mangrove pvia sopn importateur Aditech propose notamment des filtres compensateurs pour les caméras GoPro Hero.

Photographies sous-marines réalisées par Tuckerman W. Biays à Key Largo dans les mêmes conditions d'éclairage et avec le même matériel. A gauche sans filtre, à droite avec filtres compensateurs Aquacolor (qui ne sont plus disponibles).

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