Comment interpréter l histogramme d une photo

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1 Comment interpréter l histogramme d une photo Proposé par Malmoth Membre du Forum Nikon Numérique Version /01/2008 Comment interpréter l histogramme d une photo Demande Je voudrais savoir me servir de l histogramme. Réponse L histogramme est une aide de choix pour valider l exposition d une photo juste après la prise de vue, ainsi que pour guider le photographe dans les retouches en post-production. Méthode Etape 1 : Principes de base...2 Etape 1.1 : Qu est-ce que l histogramme?...2 Etape 1.2 : Comment lire un histogramme?...2 Etape 1.3 : Quelle différence entre l histogramme de luminosité et l histogramme RVB?...5 Etape 2 : L histogramme comme aide à la retouche numérique...6 Etape 2.1 : Reconnaître une image sous-exposée (ou surexposée)...6 Etape 2.2 : Reconnaître une image peu contrastée (ou très contrastée)...6 Etape 2.3 : Détecter une dominante colorée...7 Etape 3 : Les pièges à éviter...9 Etape 3.1 : Les images Highkey et Lowkey...9 Etape 3.2 : Exposer à droite...9 Etape 3.3 : L histogramme du boîtier...10 Etape 3.4 : L apparition du peigne /12 pixelistes Malmoth

2 Etape 1 : Principes de base Etape 1.1 : Qu est-ce que l histogramme? L histogramme est la représentation graphique de la proportion de pixels d une image par gamme de luminosité. Au delà de cette définition un peu barbare, l histogramme permet de répondre concrètement aux questions suivantes : «Combien de pixels de mon image sont-ils dans les tons foncés (ou les hautes lumière)?», ou encore «Quelle est la luminosité majoritaire dans mon image?». Du fait qu il s agit d une représentation graphique, l histogramme permet de répondre à ces questions sans calcul complexe. Il devient alors quasi-instantané de reconnaître une image surexposée ou une image trop peu contrastée. Ce tutoriel propose, tout d abords, une méthode de lecture de l histogramme. Puis, il présentera les formes typiques des histogrammes les plus courants. Etape 1.2 : Comment lire un histogramme? L histogramme est une courbe en deux dimensions pour laquelle l axe vertical représente le nombre de pixel de l image ou encore la proportion de ces pixel dans l image, tandis que l axe horizontal représente l ensemble des valeurs de luminosité potentielles de l image. Supposons que je veuille savoir quelle proportion de l image suivante correspond à un gris moyen 18 %. Comment dois-je procéder? Il faut d abords se demander qu elle est la luminosité d un gris moyen. La réponse est 82 % (l échelle des densité de gris est inversée par rapport à l échelle des luminosités). A partir de là, il suffit de suivre la méthode suivante. Repérer sur l axe des abscisses, la luminosité 82 %. Tracer une droite verticale à partir de cette luminosité. La droite tracée coupe l histogramme en un point A. Tracer une droite horizontale passant par A. Cette dernière droite coupe l axe des ordonnées en un point B. La valeur du point B sur l axe des ordonnées est la proportion de pixel ayant une luminosité de 82 %. Proportion de pixels B A 82 Luminosité 2/12 pixelistes Malmoth

3 Ce qu il faut retenir, c est que les tons foncés sont représentés à gauche de l histogramme et que plus on va vers la droite plus on augmente en luminosité. De même, lorsque l histogramme monte, le nombre de pixel augmente. Lorsqu il descend, le nombre de pixel diminue. Où sont les graduations? La plupart des logiciels ne font apparaître que peu de graduations sur les axes de l histogramme, voire pas de graduation du tout. Cela est dû au fait que l histogramme sert plus à détecter des tendances qu à effectuer des calculs précis. Où sont les pixels sur l image? L histogramme de donne absolument aucune indication sur l emplacement de ces pixels sur l image. Que les pixels soient équitablement répartis sur l image ou regroupés sur une partie de l image ne change pas l histogramme. Certains logiciels permettent toutefois de situer sur une image les pixels qui sont désignés sur l histogramme. C est le cas avec Capture NX, lorsqu on sélectionne une partie de l histogramme, comme le montre l illustration suivante. La partie clignotante de l image correspond à la portion d histogramme sélectionnée 3/12 pixelistes Malmoth

4 Pour ceux qui aiment les maths L axe des ordonnées peut être gradué en nombre de pixels, de 0 à 5, 6, 10 voire 12 MPix (Méga pixels) ou plus en fonction du nombre de pixel de l image. Il peut aussi être gradué en pourcentage (%) de 0 à 100 % des pixels. Ce dernier choix est bien plus pratique puisqu il ne dépend pas du nombre de pixel de l image. L axe des abscisses peut être gradué en valeur de luminosité de 0 à 255, 4095 voire suivant que chaque pixel soit codé sur 8, 12 ou 16 bits. Il peut aussi être gradué en pourcentage de 0 (noir pur) à 100 % (blanc pur). Là encore, la graduation en pourcent est la plus pertinente puisqu elle ne dépend pas du type de codage de l image. Cependant, nombre de photographes sont habitué au codage 8 bits et donc aux valeurs de luminosité comprises entre 0 et 255. Nous utiliserons systématiquement les graduations basées sur les pourcentages pour tous les exemples de ce tutoriel. Pour ceux qui aiment vraiment les maths : question d échelle! Lorsque l axe des ordonnées exprime un nombre de pixel d une image qui en compte plusieurs millions (voire plusieurs dizaine de millions), l affichage de l histogramme peut poser quelques problèmes. Il est en effet fréquent dans ce cas, qu une valeur de luminosité soit beaucoup plus représentée que les autres. L histogramme va alors présenter un pic à la luminosité majoritaire, ce qui aura pour effet de tasser le reste de la courbe. Il devient alors impossible de distinguer les nombres de pixel pour les autres luminosités. Pour pallier à ce phénomène, certains logiciels de retouche permettent de passer l axe des ordonnées d une échelle linéaire à une échelle logarithmique. Avec une échelle logarithmique, on multiplie le nombre de pixel par 10 lorsqu on passe d une graduation à la suivante. Si l axe présente 7 graduations, elles représenteront respectivement 10, 100, 1000, , , , de pixel en échelle logarithmique, alors qu en échelle linéaire, les graduations représenteront respectivement, , , , , , , de pixels. 4/12 pixelistes Malmoth

5 Etape 1.3 : Quelle différence entre l histogramme de luminosité et l histogramme RVB? Jusque là, ce tutoriel n a abordé que les histogramme à une courbe. Ces histogrammes sont adaptés aux images noir et blanc ou aux images couleurs, lorsqu on ne s intéresse qu à la couche L (luminosité) de ces dernières. Il existe des histogrammes à trois courbes, une pour chaque couche R, V et B de l image qui permettent d obtenir de plus amples informations sur l image que l histogramme à une courbe. L histogramme RVB peut être affiché de différentes façons suivant le logiciel utilisé. L histogramme de chaque couche peut être affichée individuellement. On revient dans ce cas à un histogramme à une courbe, mais appliqué à chaque couche R, V, ou B plutôt qu à la couche L. Les trois courbes peuvent aussi être affichées simultanément. L histogramme de la couche R est représenté par une courbe rouge, celui de la couche V par une courbe verte, et celui de la couche B par une courbe bleue. Les couleurs Cyan, Magenta ou Jaune apparaissent là où les courbes principales se superposent. L histogramme RVB à une courbe Il existe un histogramme RVB à une courbe. Il est obtenu en faisant la moyenne des composantes RVB des pixels. Nous n aborderons pas cet histogramme car c est le plus difficile à interpréter. 5/12 pixelistes Malmoth

6 Etape 2 : L histogramme comme aide à la retouche numérique Etape 2.1 : Reconnaître une image sous-exposée (ou surexposée) Qu apprend-on de l histogramme suivant? Tout d abords, nous voyons qu un grand nombre de pixel se situent sur la partie gauche de l histogramme. Cela signifie qu une majorité de pixel sont dans les basses lumières. De plus, il n y a quasiment aucun pixel dans la partie de droite. C est généralement la caractéristique d une image sous exposée. De façon plus quantitative, on peut s intéresser aux statistiques qui sont parfois affichées avec l histogramme. Ici la médiane est de 13 (sur un totale de 255 valeurs). Cela signifie que 50 % des pixels ont une luminosité inférieure à 5 % (13/255*100). De plus, plus de 99 % des pixels ont une luminosité inférieure à 41 % (107 sur 255 en valeur). C est ce qu indiquent les statistiques «% plus sombre» et «niveau». Ce sont des indications d une sous-exposition très probable. A l inverse, un histogramme qui présente une masse de pixels regroupés sur la droite et quasiment pas de pixels sur la gauche témoignent d une très probable surexposition de l image, comme c est le cas sur l histogramme suivant. Ici on voit que plus de 30 % des pixels ont une luminosité supérieure à 97 % (250/256*100). Etape 2.2 : Reconnaître une image peu contrastée (ou très contrastée) L histogramme suivant fait aussi partie des figures classiques qui se reconnaissent au premier coup d œil. Que nous apprend-il? 6/12 pixelistes Malmoth

7 Nous constatons tout d abords qu il n existe aucun pixel sur l extrême gauche de l histogramme. De même, il n y a pas un seul pixel avec une luminosité supérieure à 64 % (166/256*100). Cela signifie concrètement que notre image ne présente aucun noir profond, et encore moins de blanc pur. Tous les pixels sont dans les tons moyens. Cette caractéristique est la marque des images qui manquent de contraste. En revanche, l histogramme suivant qui présente une grande masse de pixel sur la gauche et un autre pic sur l extrême droite alors que la partie centrale ne concentre que peu de pixel est caractéristique d une image qui accuse d un contraste excessif. Etape 2.3 : Détecter une dominante colorée Il est parfois possible de se servir de l histogramme RVB à trois courbes pour détecter une dominante colorée. Mais c est un exercice délicat et il serait dangereux de faire une confiance aveugle à l histogramme. 7/12 pixelistes Malmoth

8 Si on s intéresse à la partie droite de l histogramme suivant, on observe une certaine symétrie entre les courbes R, V et B. Sauf que la courbe B est nettement plus à gauche que les courbes R et V. Il est donc tentant d en conclure que les composantes R et V sont mieux représentés dans les composantes de ces pixels que ne l est la composante bleue. Cela résulterait alors en une dominante chaude (R+V=J) C est effectivement ce qui apparaît sur l image d origine. Si on regarde maintenant l histogramme de la même image dont on a corrigé la balance des blancs, on s aperçoit qu il est alors beaucoup plus équilibré sur la zone concernée. 8/12 pixelistes Malmoth

9 Etape 3 : Les pièges à éviter Jusqu ici, nous nous sommes intéressés à l interprétation des histogrammes, sans se préoccuper des images dont ils étaient issus. Nous verrons, dans les paragraphes qui suivent, qu il est illusoire de vouloir poser un diagnostic sur une image dont on ignorerait la nature, simplement à partir de son histogramme. Etape 3.1 : Les images Highkey et Lowkey Une image high key est une image pour laquelle le photographe a pris le parti de privilégier les hautes lumières. Elle s obtient généralement en photographiant un sujet blanc (ou gris très clair) sur fond blanc. Les tons foncés y sont très peu représentés et viennent en quelque sorte «dessiner» le sujet, cf. image suivante. A l inverse, une image low key privilégiera les tons foncés (noir sur fond noir). Tout en étant parfaitement exposées, ces images ont des histogrammes caractéristiques d image surexposées (high key) ou sous-exposées (low key) et il serait complètement vain d essayer de compenser l exposition sur ce genre de photo. Une analyse fine de l histogramme permettrait pourtant de faire la différence. Même en high key, il est rare de pousser l exposition jusqu à obtenir des blancs purs. En effet, une image ne présente plus vraiment de texture lorsque de nombreux pixels ont une luminosité supérieure à 97 %. De même, en low key, il est préférable de conserver des luminosités supérieures à 7 %. Photo Pyroclastique Etape 3.2 : Exposer à droite La nécessité «d exposer à droite» avec nos appareils photo numériques est délicate à expliquer parce qu elle utilise une représentation de l histogramme qui n est jamais utilisée par nos outils de retouche. Sur un histogramme classique l échelle des luminosités est linéaire, c'est-à-dire que la luminosité 50 % se trouve au milieu de l axe, comme le montre le premier histogramme de la figure suivante. Si on 9/12 pixelistes Malmoth

10 représente sur le même histogramme l échelle des diaphragmes, on s aperçoit que l on diminue le nombre de niveaux de luminosité par deux à chaque fois qu on ferme d un diaphragme. Autrement dit, si on sous-expose d un diaphragme par rapport à la luminosité maximale enregistrable par le capteur de son APN, on se prive de la moitié des nuances de luminosités disponibles. Le travail de retouche va alors s en trouver beaucoup moins subtil. diaph % Etape 3.3 : L histogramme du boîtier Il faut se méfier des histogrammes affichés au dos des boîtiers des APN lorsqu on veut contrôler l exposition d une photo prise au format RAW. En effet, l histogramme du boîtier est calculé à partir d un aperçu JPEG 8 bits (même lorsqu on n a pas choisi le mode RAW+JPEG) alors que la photo originale est enregistrée sur 12 voire 14 bits. Du coup, ces histogrammes auront tendance à afficher des pixels brûlés en limite droite du graphique. En réalité, les niveaux supplémentaires rendus disponibles par le format RAW permettront de récupérer du détail et de la matière dans les hautes lumières. Etape 3.4 : L apparition du peigne Le peigne est un phénomène qui apparaît parfois lorsqu on utilise l outil niveau pour augmenter le contraste d une image. Que ce passe-t-il lorsqu on applique ce fameux outil? Nous avons vu qu une image peu contrastée était caractérisée par un histogramme qui occupait uniquement la partie centrale de la courbe. Pour lui redonner du contraste, il va falloir étirer l histogramme pour qu il s étende sur l ensemble de la plage de luminosité, comme illustré sur les histogrammes de la figure suivante. Qu observe-t-on si on zoome très fortement sur une petite partie de l histogramme? Eh bien, on s aperçoit que l histogramme n est pas une courbe continue. Il y a des «trous» lorsqu on passe d un niveau à un autre. Il n y a pas de niveau intermédiaire entre le niveau 56 et le niveau 57, le niveau 56,5 n existe pas. En appliquant l outil niveau, on va élargir les «trous» qui existaient entre chaque niveau. Au lieu d avoir un niveau de différence entre un groupe de pixel et un autre (56 à 57), on pourra avoir 2, 3, 4 niveaux ou plus de différence entre ces mêmes groupes de pixels. Cela se traduit concrètement sur l image par des dégradés moins subtils. L écart de luminosité entre un pixel et sont voisin sera plus marqué. D où la panique de certains photographes dès qu ils voient apparaître un peigne sur leur histogramme. 10/12 pixelistes Malmoth

11 L apparition du peigne ne signifie pas pour autant qu il y a eu dégradation de l image, surtout si on a pris le soin de travailler en RAW. Pourquoi? Une image RAW 12 bits autorise de travailler avec 4096 niveaux de luminosité (par couche). Imaginons que nous n ayons utilisé que 60% des possibilités de notre capteur à cause du manque de contraste de la scène photographié. Nous aurions alors utilisé 2457 niveaux sur les 4096 disponibles. Certes nous allons «creuser» des trous en étalant ces 2457 niveaux entre 0 et Mais n oublions pas que bien souvent nous allons finir par enregistrer notre image dans un fichier JPEG huit bits qui lui, n autorise que 256 niveaux de luminosité. Il va alors se passer le phénomène inverse que lors de l application de l outil niveaux. Il faudra «caser» nos 2457 niveaux sur les 256 disponibles. Les fameux «trous» vont se combler naturellement. Ce ne sera évidemment pas le cas, si notre image de départ est codée sur 8 bits. Dans ce cas, il se peut que l apparition du peigne se traduise sur l image par des dégradés moins nuancés. 11/12 pixelistes Malmoth

12 Rédigé par Frédéric Réjaudry 2007 pour Pixelistes 12/12 pixelistes Malmoth