Lumagen Radiance 2021

Comptes-Rendus, Tests et Bancs d'Essais — publié le 30 mars 2013
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Calibration partie 2 : le réglage paramétrique sur 21 points de l’échelle de gris et du gamma

A sa sortie, le Radiance permettait de régler l’échelle de gris et le gamma sur 2, 5, 11 ou 12 points paramétriques, ce qui n’était déjà pas si mal. A la demande de ses clients (donc des utilisateurs), Lumagen ajouta -gratuitement- la possibilité d’effectuer ces 2 réglages sur 21 points paramétriques. A ce jour, tous les Radiance intègrent cette possibilité et le Radiance 2021 en a hérité tout naturellement.

Réglage de l’échelle de gris

L’échelle de gris est la représentation du blanc sur plusieurs niveaux de luminance entre le noir et le blanc. Si nous prenons l’exemple d’une séance de vidéo projection dans une salle dédiée, le noir nous paraitra très sombre alors que le blanc nous paraitra très lumineux, on parle alors de luminance relative, le blanc étant la référence, « le plus lumineux » (avec une luminance valant 1), le noir étant « le moins lumineux » (avec une luminance proche de 0).

Un moyen simple de représenter l’échelle de gris est de le faire dans le cube RVB REC709 qui est l’espace de couleur utilisé pour la TV haute définition. Ci-dessous un excellent schéma reproduit avec l’autorisation de Light Illusion.

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On voit que ce cube est construit suivant les trois axes R(ouge), V(ert) et B(leu). La résultante de ces 3 composantes est une nouvelle couleur (additivité R+V+B), le blanc étant la couleur située sur un sommet du cube REC709 lorsque R, V et B sont à leur valeur maximum 235.

Remarque : les sommets du cube sont donc le Rouge, le Vert, le Bleu, le Blanc, le Noir, le Cyan, le Magenta et le Jaune.

L’inconvénient du schéma ci-dessus est qu’il ne permet pas de visualiser la luminance (notée Y), voici donc ce même schéma mais issu de mon interprétation (largement inspirée de l’excellent site blog-couleur.com) : au plus le point est gros et au plus sa luminance relative Y est proche de 1. Au plus il est petit et au plus sa luminance relative Y est proche de 0. Les points de l’échelle de gris grossissent au fur et à mesure que leur luminance relative grandit, le point le plus lumineux du cube (avec Y=1) étant le blanc.

Remarque : la grosseur des points ainsi que leur nombre n’est qu’une représentation graphique simplifiée pour illustrer mes explications. Pour ne pas alourdir le schéma je n’ai pas représenté les point RVB correspondant aux gris intermédiaires.

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On comprend ainsi que la luminance de chacun des points du cube est fonction de la luminance de chacune des 3 couleurs primaires RVB. Pour l’échelle de gris ce phénomène est quantifié par formule de la luminance pour le blanc dans l’espace RVB REC709 qui est:

Y = 0,2126xR + 0,7152xV + 0,0722xB.

Il convient donc de calibrer l’échelle de gris afin de s’assurer que cette additivité des luminances RVB se fait dans les proportions prévues par la norme depuis la couleur noire (la plus sombre) à la couleur blanche (la plus lumineuse) en passant par tous les gris possibles (entre sombre et lumineux).

On comprend désormais qu’avec une échelle de gris bien réglée nous aurons alors une image où tous les détails seront visibles que ce soit dans les scènes sombres ou les scènes très éclairées et que le noir, les gris et le blanc seront parfaitement équilibrés du point de vue de leur luminance donc sans aucune perception visuelle de dominante rouge, verte et/ou bleu.

L’échelle de gris la plus utilisée pour faire ces contrôles est celle représentée sur 11 points de luminance du blanc : 0% de luminance du blanc (proche du noir), 10% de luminance du blanc, 20%, 30%, 40%, 50% (un gris), 60%, 70%, 80%, 90%, 100% de luminance du blanc (Y=1).

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Avec le Radiance nous avons la possibilité de contrôler/régler 21 points de l’échelle de gris.

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Conformément aux explications données plus haut, le Radiance permet donc, pour ces 21 pas de luminance du blanc, de régler:

- La luminance du rouge (réglage Red)

 - La luminance du vert (réglage Grn)

 - La luminance du bleu (réglage Blue)

Ci-après l’interface permettant d’effectuer ces réglages pour le 21ieme point.

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Le réglage du gamma

Le gamma n’est autre que la réponse en luminance d’un diffuseur par rapport au signal de luminance qu’il reçoit en entrée.

Pour faire bref, on s’entendrait à avoir le type de réponse donnée par le schéma ci-dessous, c’est-à-dire : ce qui est restitué par le diffuseur devrait être égal à ce qu’il reçoit en entrée en terme de luminance (gamma=1).

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Malheureusement on obtient plutôt la courbe ci-dessous avec un gamma égale à 2.2 pour les technologies d’aujourd’hui (2.5 pour les technologies à tube cathodique). A noter que notre perception visuelle n’est pas non plus linéaire. Les valeurs de la courbe restituées par le diffuseur sont en fait les valeurs d’entrée élevées à la puissance gamma.

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Comment corriger le gamma ?

En fait, quand on parle d’espace couleur REC709 on parle aussi de gamma puisque sa valeur y est fixée à 2.2 par la norme. Il faut savoir que tout film élaboré pour la TV haute définition (par exemple les films encodés sur les blu-ray) tiennent compte de la réponse du diffuseur et intègre donc déjà une correction de gamma dans le but de contrer le problème illustré par la figure précédente.

Pour schématiser, la correction ci-dessous est alors appliquée directement dans le film encodé sur nos blu-ray, c’est la courbe en rouge.

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De nos jours tous les diffuseurs sont calibrés d’usine pour avoir à minima une réponse acceptable pour les productions vidéo à la norme REC709. En théorie nous ne devrions donc pas toucher au gamma du diffuseur. Cependant, suivant les technologies et le soin apporté à la calibration faite en usine par les constructeurs, on observe assez souvent une dérive dans la réponse du diffuseur.

C’est pour cela qu’il est important de contrôler, et le cas échéant de rectifier, la réponse de son diffuseur pour qu’il colle le plus possible à la norme REC709 qui est, je le rappelle, la norme actuellement utilisée pour la télévision HD.

Le Radiance permet donc de régler la réponse du moniteur sur 21 pas de luminance du blanc, C’est le réglage Luma dans la photo ci-dessous.

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En réglant bien le gamma nous aurons donc une reproduction la plus fidèle possible de la luminance du signal entrant (selon la norme REC709). Concrètement cela se traduira par une image dynamique avec beaucoup de profondeur car aucune information de luminance contenue dans le signal entrant ne sera perdue.

Est-ce possible de régler le gamma de son diffuseur à une valeur différente de 2.2 ?

Ce n’est pas contraire à la norme. En effet, suivant notre perception visuelle qui dépend en partie de notre environnement (et de nos goûts), on peut être amené à augmenter ou diminuer la valeur du gamma. Par exemple pour augmenter le niveau de détail des images sombres (au risque d’augmenter le bruit dans l’image) on va avoir tendance à augmenter le gamma dans une pièce sombre ou à le diminuer dans une pièce claire.

Ce changement de gamma se fait très simplement via la fonction Gamma Factor du Radiance. Cette fonction permet de faire varier l’exposant du gamma sur tous les points de l’échelle de gris en même temps. C’est très pratique et très précis. La méthode que je préconise pour limiter les erreurs est la suivante : il faut d’abord calibrer son diffuseur à un gamma moyen 2.2 (ou au plus proche) puis appliquer le gamma factor que l’on désire.

Remarque : si la fonction Gamma Factor marche très bien, je recommande néanmoins de ne l’utiliser qu’avec parcimonie car elle peut générer rapidement des artefacts (de la solarisation entre autres). De plus son utilisation devient compliquer lorsqu’on utilise le Radiance en mode 3D LUT.

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Pourquoi tous ces réglages qu’offre le Radiance sont-ils dits « paramétriques » ?

On dit de ces réglages qu’ils sont paramétriques car l’utilisateur peut choisir à sa guise quels seront les points de l’échelle de gris (valeur du Y relatif) et du gamma qu’il souhaite vérifier/calibrer.

Prenons un exemple qui sera plus parlant. Imaginons que votre diffuseur soit difficile à calibrer entre 5% et 15%, mal réglé entre 20% et 70% et parfaitement réglé entre 75% et 100%. Avec le réglage paramétrique vous allez pouvoir définir par exemple les 21 points de contrôle/réglage suivants : 10%, 20%, 25%, 27%, 30%, 32%, 35%, 37%, 40%, 42%, 45%, 47%, 50%, 52%, 55%, 60%, 62%, 65%, 70%, 80% et 100%.

Ces points ainsi définis vont vous permettre de vous focaliser sur les faiblesses du diffuseur en éliminant les points impossibles à calibrer (proches du noir) et ceux qui n’en ont pas forcément besoin.

La définition du point de luminance du blanc à calibrer se fait via le réglage IRE dans la photo ci-dessous.

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A noter que ce réglage par points paramétriques n’est pas encore supporté en mode interactif ou d’autocalibration par les logiciels de calibration comme Chromapure, Calman de Spectracal ou LightCMS de Light Illusion qui travaillent en général avec les 21 points standards (de 5 à 100% par pas de 5%).

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