HDR et fusion d'exposition

Le HDRi (high dynamic range imaging) ou la fusion d'exposition sont deux techniques ayant le même but : essayer de s'approcher de la dynamique de contraste de l'œil. En effet, même les meilleurs capteurs d'appareil photo sont incapable de capter tous les niveaux de luminosité que l'œil est capable de percevoir en une seule vue. En fait, l'œil aussi possède une plage de luminosité restreinte, mais elle est très dynamique grâce à la dilatation ou la contraction rapide de la pupille et c'est le cerveau ensuite qui reconstruit une image à forte dynamique de luminosité. Finalement, HDR et fusion d'exposition sur PC permettent de reproduire la perception humaine d'une image.

Ces deux techniques offrent des rendus très différents, s'éloignant parfois de la réalité. Le début du process est cependant complètement similaire et au final, les deux moyens consistent à créer une seule image à partir de plusieurs photos de la même vue, mais prises à des niveaux d'expositions différents.

Cette différence d'exposition entre chaque niveau peut varier beaucoup selon le cas dans lequel on se trouve (forte luminosité et contre jour, plein soleil, ciel nuageux ...). On peut donc choisir de prendre 3 photos avec à chaque fois une différence d'1 EV* (-1, 0, 1) ou 1.33 (-1.33, 0, 1.33) ou d'autres valeurs, généralement multiples de 1/3. Il n'y a pas de règle générale, il faut s'adapter aux conditions, sur le terrain. Lorsque les contrastes vont s'avérer important lors de la prise de vue (typiquement un contre jour pendant une journée ensoleillée), alors on choisira peut-être de faire 5 prises avec 1EV entre chaque, soit 5 prises à respectivement -2, -1, 0, 1, 2 EV.

Un appareil photo moderne propose généralement une technique de bracketing avec 3 prises. C'est à dire qu'une fois l'option activée sur le boitier de l'appareil, il suffit d'exposer correctement (à 0 EV si on ne veut pas se compliquer la vie) et l'appareil prendra 3 photos automatiquement avec les valeurs d'exposition définies par l'utilisateur. Pour faire 5 prises, c'est un peu plus contraignant : il faudra les faire manuellement ou en faisant 2 bracketing de 3 poses avec des valeurs d'EV différente. Par exemple, un premier bracketing avec une différence de 1EV (on aura 3 prises à -1, 0 et 1 EV) puis un second bracketing avec une différence d'EV de 2 (on aura alors 3 prises à -2, 0 et 2 EV). De ces 6 prises au total, on pourra facilement extraire les prises à -2, 1, 0, 1 et 2 EV ...

Une fois les photos acquises, transférées sur le PC (on va partir du principe que leur format est jpeg), plusieurs solutions s'offrent à nous.  Dans le restant de cet article, nous nous contenterons de suivre un exemple construit avec 3 prises de vue. Mais c'est la même méthode si on veut utiliser 5 photos de base.

Nos trois photos de référence (qui ont bien sûr peu d'interêt hormi le contre jour flagrant ...) sont les suivantes :

Photomatix est un logiciel qui permet de faire à la fois du HDR (Generate HDR image) avec des capacités d'ajustement importantes d'une part et d'autre part permet de faire de la simple fusion d'exposition (Exposure Blending). La technique de HDR est constituée de deux étapes : la première consiste à fusionner les 3 images en une seule avec une résolution de 32 bits par pixels et par couche. La visualisation de ce résultat intermédiaire ne permet pas de juger de l'image final car aucun écran n'est capable de rendre une image sur 32 bits ... Photomatix permet cependant d'entrevoir le résultat final de manière locale ; il suffit de promener la souris sur l'image HDR pour avoir un rendu local dans une petite fenêtre annexe. Ce fichier généré, il faut maintenant ramener l'image à une résolution plus conforme à l'affichage de 16 ou 8 bits. Cette étape s'appelle le tone mapping. On peut paramétrer cette étape avec une foule de valeurs que je n'expliciterai pas toutes ; contentons nous de celles qui affectent le plus l'image. Deux grandes méthodes sont proposées pour cette étape : le "details enhancer" ou le "tone compressor". La première agit de manière locale et chaque pixel est traité en tenant compte de ses proches voisins, la seconde est un traitement plus global qui agit sur chaque pixel indépendamment et offre un rendu plus naturel que la première.

Cette première image montre le résultat de la fusion HDR :

Ici, quelques exemples de tone mapping en Details Enhancer avec des réglages doux, classiques et poussés ... Les images paraissent parfois un peu ternes parce que je n'ai pas touché aux réglages de luminosité et de contraste. Plus généralement, je retravaille souvent un peu la photo sous photoshop ...

J'ai agit sur la force ("strength") de l'accentuation des contrastes. Le "light smoothing" permet d'atténuer les effets d'halo dans l'image dus à une accentuation trop importante. En poussant ce paramètre, on minimise également le bruit qu'induit le traitement dans l'image. Et enfin le "microcontrast" agit sur l'accentuation des détails très localement.

Les paramètres de "smoothing" permettent des modifications au niveau de la luminosité des zones claires ou des zones sombre. Il n'existe pas de réglages types, chaque image demandant un ajustement différent. Je vous laisse donc vous amuser avec toutes les tirettes de réglage ! (on peut y passer des heures ...)

On pourra noter une amplification du bruit assez conséquente lorsqu'on pousse un peu les réglages, ceci étant du à l'augmentation locale du contraste et des détails.

Ci dessous, le résultat d'un tone mapping en Tone Compressor : l'image est plus réaliste.

Cette technique se rapproche de la fusion d'exposition. La prise en main est plus simple, les paramètres étant bien moins nombreux ! Ils correspondent aux réglages classiques que l'on trouve dans n'importe quel logiciel de traitement d'image (réglages de la luminosité, du contraste, de la saturation, des points blancs et noirs ...)

Enfin, la fusion d'exposition permet le rendu naturel d'une image telle qu'on l'aura vue de nos yeux. Les trois images sont traitées globalement, en une seule passe. Cette technique qui augmente la dynamique de l'image permet d'obtenir des zones claires et des zones sombres détaillées, chose impossible à obtenir en une seule prise de vue. La technique réduit le bruit des trois images à la fois, contrairement au HDR qui l'amplifie.

Le choix de la technique appartient à chacun selon l’image et selon l’ambiance et le rendu désiré. La fusion d’exposition permet d’obtenir une image douce, réaliste où le traitement est très discret voire invisible. Au contraire le HDR permet le rehaussement des détails de manière importante et crée bien souvent une ambiance lourde, même fantastique parfois, souvent irréaliste.

* EV : Exposure Value ou IL (indice de Lumination) ou encore "stop" chez les anglo-saxons ; on parle aussi de diaphragme ou d'ouverture chez les francophones, mais ce sont deux abus de langages, mieux vaut donc se contenter des termes IL ou EV. Cette valeur est logarithmique, c'est à dire que l'augmentation ou la diminution d'1IL est obtenu par respectivement la réception du double ou de la moitié de la luminosité précédente.