Un article d'invité par Dave Ware de Whalebone Photography.
Cette note vise à être une discussion rapide sur la plage dynamique élevée et les améliorations futures possibles pour l'améliorer.
Qu'est-ce que la plage dynamique élevée?
La plage dynamique élevée est un effet de traitement numérique utilisé dans la photographie pour combiner un certain nombre d'images d'expositions différentes afin de créer une image constamment exposée sur tout le cadre. Cela augmente la luminance (quantité de lumière) visible dans une image.
Pourquoi est-ce nécessaire?
La limitation de la quantité de couleur et de luminance qu’elle peut enregistrer est régie par la capacité du capteur et la plage dynamique de l’électronique de la caméra. Par exemple, le Canon EOS 40D utilise un convertisseur analogique-numérique 14 bits qui numérise les signaux analogiques reçus du capteur. Les 14 bits numériques permettent d'enregistrer 16 384 couleurs différentes dans l'appareil photo.
En regardant un histogramme, l'axe horizontal est le niveau de luminance d'une image. L'axe vertical représente la quantité de l'image qui contient ce niveau de lumière. Par exemple, un histogramme avec une seule ligne sur le bord gauche montre que l'image est purement noire. De même, une seule ligne sur le bord droit représente une image qui est purement blanche. La quantité de données qui peuvent être compressées dans l'histogramme est limitée par la plage dynamique de la caméra. Une plage dynamique très faible entraîne des limites de l'axe horizontal proches les unes des autres. Une plage dynamique élevée place ces axes très éloignés.
Ici, l'exposition de la caméra a été réglée pour les ballons - cela a été choisi car les ballons étaient le sujet de l'image et les arbres dans ce cas ont été utilisés pour «encadrer» les ballons. L'histogramme montre la pointe à gauche de l'histogramme représentant les arbres, et les données à droite représentent les ballons et le ciel. Si le photographe voulait à la fois les ballons et les arbres exposés, un compromis aurait été nécessaire pour que les ballons deviennent légèrement surexposés et que les arbres ne soient que légèrement sous-exposés.
L'image ci-dessus montre le compromis traditionnel - le ciel a perdu une partie de sa saturation en couleur, mais les arbres ont conservé certains détails. Notez également que l'histogramme montre une pointe légèrement plus étroite sur le bord droit (les ballons sont maintenant légèrement surexposés), et le bord gauche indique que plus de détails sont présents (les arbres ne sont plus une silhouette complète).
Ainsi, pour surmonter cela, le photographe peut prendre une photo exposée pour l'arrière-plan puis une autre photo exposée pour le premier plan. Quelques autres photos sont généralement prises entre ces 2 expositions.
Lors de la combinaison de chaque image, une image visuellement agréable est créée et les effets peuvent être assez dramatiques. C'est la base du HDR numérique. Une recherche rapide sur Google fournira d'autres exemples.
L'avenir du HDR
Actuellement, le HDR est une technique de post-traitement, mais au fur et à mesure que les caméras avancent, il est possible que ce soit un domaine qui puisse être vraiment amélioré par les fabricants.
La plage dynamique de la caméra est susceptible d'être améliorée. L'ADC 14 bits mentionné ci-dessus permet d'enregistrer 16 386 couleurs. Des ADC 24 bits sont en cours de fabrication depuis de nombreuses années, ce qui permettrait d'enregistrer un peu moins de 17 millions de couleurs au total! Le capteur devrait être capable de faire correspondre cette plage dynamique et le processeur interne de la caméra devrait être capable de traiter les données. Cette capacité existe déjà, comme cela est évident dans les ordinateurs domestiques qui fonctionnent à partir de 32 bits depuis des années et sont maintenant jusqu'à 64 bits de traitement. Le fait que le capteur soit capable ou non de cela est un autre sujet de discussion et le traitement supplémentaire requis augmenterait le temps d'écriture des données sur la carte mémoire. Cela peut limiter le nombre d'images à pleine vitesse prises avant que le cache ne soit plein et que l'appareil photo écrit les images sur la carte mémoire. Ces inconvénients sont peut-être ce qui empêche le développement d'une plage dynamique accrue dans l'appareil photo car avec de nombreux avantages, il y a souvent un inconvénient.
Une autre technique «à huis clos» peut consister à utiliser de nombreux capteurs à l’intérieur de la caméra. Si un capteur et l'électronique associée peuvent être capables d'une certaine plage dynamique, alors 2 capteurs peuvent être utilisés pour augmenter la plage dynamique globale. Par exemple, un capteur peut exposer pour les hautes lumières et 1 capteur peut être utilisé pour exposer pour les ombres, créant ainsi une plage dynamique plus élevée. Les capteurs peuvent être incroyablement petits - il suffit de regarder la taille des téléphones équipés de nombreux appareils photo mégapixels, et il ne sera donc probablement pas un problème de serrer 2 capteurs (ou plus!) Dans un seul appareil photo. Cependant, à mesure que la taille du capteur diminue, le bruit de l’image enregistrée (le «grain» de l’image) devient plus important. Encore une fois, il s'agit d'un compromis entre la plage dynamique élevée, la qualité d'image et la taille.
Une autre méthode pourrait consister à utiliser un algorithme alternatif de courbe de ton qui est actuellement généralement appliqué aux images dans la caméra. Lorsqu'une photo est prise, les signaux du capteur sont transformés en bits numériques et envoyés à l’ordinateur de l’appareil photo. Pour donner un sens à ces signaux, l'ordinateur traite les données et les transforme en quelque chose de significatif. C'est une forme de courbe de ton. Normalement, cela est utilisé sur toute l’image en tant que «moyenne». Les techniques modernes peuvent cependant appliquer une courbe de ton individuelle à chaque pixel de l'image. Cela peut rendre une image exposée d'une manière similaire à celle vue par l'œil humain (c'est-à-dire avec une plage dynamique plus élevée). Cela augmentera inévitablement le temps de traitement au sein de l'appareil photo, même si la méthode actuelle d'imagerie HDR consiste à prendre de nombreuses photos à différentes expositions, le temps de traitement supplémentaire pour une seule image représente probablement un gain de temps considérable.
Cette nouvelle méthode de courbe de ton est avancée par les entreprises et Samsung a récemment acheté une licence pour utiliser la technologie.
Peut-être que d'autres fabricants ont une méthode alternative, ou ne considèrent pas la plage dynamique élevée d'une grande importance dans leurs caméras, ou attendent simplement leur heure. Cette technologie est encore en développement et constitue un domaine passionnant de la technologie des caméras, d'autant plus que la bataille des mégapixels devient une vieille nouvelle.
Les techniques de plage dynamique élevée peuvent être surutilisées et les images peuvent facilement être rendues non naturelles. La raison pour laquelle ils ne sont pas naturels est qu'ils étendent la portée possible par l'œil humain. Il serait triste que la technologie supprime l'authenticité de la photographie, qui sépare cet art de l'art de la peinture (où la composition et l'exposition ne se limitent qu'à l'imagination). Si la technologie était cependant capable de reproduire les images vues par l'œil humain, alors c'est peut-être une étape technologique acceptable.
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