Besançon Déclic Image Histogramme

Définition L’histogramme montre comment les pixels d'une image sont répartis sur un graphique selon leur luminosité. L’histogramme est le premier outil permettant de se rendre compte de la qualité intrinsèque d’une image ( avant tout sur le terrain ) Un histogramme est l'électrocardiogramme d'une image numérique qui permet de voir la quantité d'information en fonction du niveau de densité et de vérifier si l'image présente des détails dans les ombres et dans les hautes lumières.

L’histogramme représente la distribution de la lumière dans l’image sur une échelle allant de 0 à 255. Par convention le point représentant la valeur 0 ( noir absolu ou profond ) est à gauche et celui figurant la valeur 255 ( blanc pur ) à droite. Sens de lecture de gauche vers la droite. En abscisse ( axe horizontal ) ; valeur de la luminosité En ordonnée (axe vertical ) ; proportion de pixels dans l’image pour chacun des niveaux de luminosité.Toute valeur de l’histogramme qui s’approche, atteint ou dépasse la hauteur maximale de l’axe des ordonnées est appelé pic.

Chaque pixel d’une image possède une couleur de base( R,V,B ). Chacune de ces couleurs est codifiée sur une échelle allant de 0 à 255. La partie droite de l’histogramme représente les hautes lumières ( tons clairs) ; dispose du meilleur potentiel en terme d’exploitation de l’information codée lors de la prise de vue par le boitier. La partie gauche de l’histogramme représente les basses lumières ( tons foncés) ; l’information contenue dans les BL est fragile et des corrections inappropriées peuvent la détruire. Le milieu représente les tons moyens qui construisent l’ambiance de l’image.

Plus la gamme de tons est étendue plus l’image comporte de nuances et de variations de luminosité. La largeur de l’histogramme donne la notion de contraste ; plus l’histogramme est étroit plus le contraste est faible. Le contraste d'une photo se traduit par la largeur de son histogramme qui représente l'écart de luminosité entre les pixels les plus clairs et les pixels les plus foncés. Mais : Pas d’histogramme type Pas d’histogramme parfait ( courbe en cloche..) Il y a des images et des histogrammes qui leur correspondent En tout état de cause un histogramme qui couvre quasiment la totalité de l’axe horizontal sans en déborder de part et d’autre atteste la bonne exposition du sujet photographié. Toute intervention sur les valeurs constitutives d’une image( colorimétrie, densité et contraste ) entraine une modification de son histogramme.

l’histogramme permet donc de répondre concrètement aux questions suivantes : « Combien de pixels de mon image sont-ils dans les tons foncés ( basses lumières ) ou les tons clairs ( hautes lumières) ? » ou encore « Quelle est la luminosité majoritaire dans mon image ? » Il devient alors quasi instantané de reconnaître une image surexposée ou une image trop peu contrastée. Attention : l’histogramme apparaissant sur l’écran LCD de nos boitiers est celui d’un jpeg 8 bits même si la prise de vue est en format Raw. alors que la photo originale est enregistrée sur 12 voire 14 bits selon les modèles. Dès lors, ces histogrammes auront tendance à afficher des pixels brûlés en limite droite du graphique. Souvent, le format RAW permettra de récupérer du détail et de la matière dans les hautes lumières grâce aux niveaux supplémentaires qu'il permet de récupérer.

Au vu de ces éléments il devient donc évident de contrôler la bonne exposition après chaque déclenchement grâce à l’histogramme que l’on peut faire apparaître sur l’écran LCD de nos boitiers ( reflex mais aussi compacts et bridges) Sur la plupart des réflex on peut afficher l’histogramme RVB mais aussi l’histogramme de chaque couche ( R,V et B ) Sur un boitier Nikon touche MENU puis « options d’affichage » puis Histogramme RVB. Autre fonctionnalité intéressante ( voire indispensable ) affichage des hautes lumières sur l’écran arrière en même temps que l’histogramme ; zones clignotantes qui traduisent des hautes lumières « brûlées » qui ont dépassé le niveau 255 et se traduisent par des blancs sans détails.

4 types d’histogramme: 1. Tassé à gauche. Représentatif d’une image sous exposée. Ombres bouchées et manque de rendu dans les hautes lumières 2. Tassé à droite. Déborde sur la partie droite de l’axe horizontal. Typique d’une image surexposée. Absence de noirs profonds et hautes lumières brûlées ou percées. Absence de détails dans les blancs.

3. Trop étiré. Le contraste d’éclairage de la zone photographiée dépasse la dynamique enregistrée par le capteur. Il est incapable de restituer fidèlement les valeurs extrêmes du sujet. Les ombres sont bouchées et les hautes lumières brûlées ou percées. Une solution possible; bracketing et assemblage de plusieurs vues avec un logiciel HDR.

4. Trop étroit. Traduit un faible contraste d’éclairage de la scène photographiée. L’image résultante apparaît fade.

Gestion des hautes lumières en numérique La sensibilité d’un capteur numérique au problème des hautes lumières est lié à son principe de fonctionnement.En effet alors qu’un film présente une courbe de réponse à la lumière aplatie à ses extrémités (ombres et hautes lumières ) celle d’un capteur numérique est linéaire sur toute sa plage d’utilisation: un pixel affiche un niveau parfaitement proportionnel à la quantité de lumière qu’il a perçue. Un capteur est donc soumis à des effets de saturation qui conduisent à un plafonnement du niveau les plus actifs et se traduisent par un écrêtage des hautes lumières( partie droite de l’histogramme à la valeur maximale de 255 ). De plus la richesse des informations contenues par un pixel est proportionnelle à son activité c’est à dire à sa luminosité. Il y a une répartition inégale des niveaux qui défavorise le rendu dans les zones de basse lumière. Ainsi en format Raw il est judicieux d’exposer au maximum à droite mais sans jamais brûler les hautes lumières ( l’histogramme atteint la limite droite de l’axe horizontal sans en déborder sauf en cas de fond blanc ) En jpeg compte tenu des faibles possibilités de ce format en matière de post-production il est préférable de poser au plus juste. Sur le terrain ces considérations techniques dépendent des spécificités du matériel, de la nature du sujet photographié et du rendu final que l’on souhaite obtenir. ( Exemples ; images High Key ou Lowe )

Malgré toutes ces précautions il est assez rare d’obtenir dès la prise de vues un histogramme parfait. La deuxième étape est donc celle de la post production, qui permet de corriger les imperfections de l’histogramme grâce à un logiciel de retouche de l’image. On peut intervenir directement sur les niveaux mais il est illusoire de penser qu’une image qui affiche un histogramme traduisant une forte erreur d’exposition ou un contraste d’éclairage excessivement élevé peut être sauvée par une bonne retouche. Attention, agir avec modération sur les niveaux ; ne pas resserrer trop fortement les curseurs dédiés au blanc et au noir sous peine de voir apparaître un histogramme dit « en peigne » qui témoigne de variations brutales entre les différents niveaux de la photo traitée. Le risque est également d’accentuer trop fortement le contraste, de perdre des informations et d’engendrer un écrêtage des hautes lumières.

Exemples

Conclusion Accordez toujours une grande attention à la forme et à la longueur de l’histogramme. Mais l’image prime sur la courbe. Un histogramme imparfait peut correspondre aussi à une image visuellement intéressante. Les images ne se traitent pas à l’identique, selon le sujet et le résultat souhaité. L’histogramme est un outil fort utile mais pas une fin en soi. Besançon Déclic Image Octobre 2010 Réf ; Chasseur d’Image n°313