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Qu’est-ce que la correction du gamma ?

lundi 20 avril 2009

Les appareils d’acquisition vidéo, photo et autres scanners ne savent pas directement enregistrer des images linéarisées pour les écrans ou pour l’impression. Ils sont donc équipés d’un traitement numérique pour adapter les images à notre vision. C’est la correction gamma.

Fig.1. On appelle image linéarisée, une image ayant subit la correction gamma pour être conforme à notre vision.

Le principe de la correction gamma est un principe fondamental dans le flux de reproduction des images, car il modifie la distribution tonale pour la faire entrer dans un standard.

Le gamma est une déformation de la luminosité

Tous les écrans, qu’ils soient LCD, plasma, cathodique, etc. ne sont pas linéaires. Ils déforment la distribution tonale des images selon une courbe appelée gamma. Les autres supports aussi, impression, projection, ont une courbe de distribution des tons non linéaire. La page Gamma explique en détail cette caractéristique de l’écran et pour la résumer en deux mots, disons que le gamma de l’écran produit une image plus sombre et plus contrastée que celle attendue.

Fig.2. Le gamma de l’écran déforme les images linéaires et elles paraissent trop sombres. Cette déformation peut être représentée par une courbe : la courbe gamma.

L’acquisition

Les capteurs d’appareil photo, de caméscope ou de scanner recueillent des informations numériques directement proportionnelles à leur éclairement. On dit alors que la distribution tonale des images est linéaire. Une image en luminance linéaire n’est pas exploitable directement, car trop sombre sur l’écran. L’application de la correction gamma est donc indispensable.

La correction gamma

La correction gamma est un procédé qui permet simplement de compenser dès la production de l’image, cet assombrissement non désiré. La courbe inverse gamma (ou courbe de transfert, symbole g) appliquée aux images va donc éclaircir et étaler la gamme tonale de façon à produire une image plus ou moins linéaire visuellement.

Luminance corrigée = Luminance 1/gamma


Fig. 3. La courbe de correction gamma est la réciproque de la courbe gamma de la figure 2. Une luminance de 22 % élevée à la puissance 0,45, donnera une valeur RGB de 50 % (127, 127, 127).

Fig. 4. le flux de production d’une image numérique prend en compte la description linéaire de l’image captée et l’affichage non linéaire de l’écran. Le résultat est un fichier numérique visuellement linéaire.

L’image de départ est linéaire par rapport à la luminance captée. L’image finale est linéaire par rapport à la luminosité perçue. L’emploi du terme linéaire pour deux échelles différentes peut prêter à confusion.

La correction gamma analogique

Lors de l’avènement de la télévision au milieu du 20e siècle, la correction gamma était fixée à 1/2,5 (soit l’inverse d’un gamma de 2,5) pour la bonne raison que le gamma d’un tube cathodique est de 2,5. La télévision étant plus souvent regardée dans un environnement sombre on a triché un peu en réduisant la compensation, pour obtenir un contraste légèrement supérieur.

On remplace la correction gamma de 1/2,5 par une correction gamma de 1/2,2. Depuis les années 60, cette correction gamma 1/2,2 est devenue la norme (REC 709), puis reprise plus tard par la TV HD et reprise encore par la norme sRGB. Aujourd’hui, le flux vidéo et le flux informatique sont des flux linéaires.

L’inverse du gamma 2,2 est 0,4545, mais dans la pratique cette valeur est arrondie à 0,45 (soit l’inverse de 1/2,222).

Avec l’avènement de la télévision haute définition dans les années 1990 (standard REC 709 en vidéo ou standard sRGB en informatique), une deuxième modification a été nécessaire pour ne pas éclaircir trop vite les ombres profondes. Un petit segment de droite vient remplacer le démarrage de la courbe gamma afin de l’adoucir.

Une correction gamma numérique

La courbe sRGB correspondant à un inverse gamma 1/2,2 n’est jamais employée en pratique dans les applications numériques. En fait, on abandonne la correction gamma (une fonction de puissance) pour une courbe plus souple (une fonction logarithmique) qui a l’avantage d’éviter la très forte pente pour les valeurs proches du noir. Le résultat est une image très contrastée telle que celle fournie en JPEG par les appareils photo numériques. Egalement, tous les convertisseurs RAW cette courbe de transfert basée sur les logarithmes en remplacement de la courbe gamma traditionnelle. Même si ce n’est pas une courbe gamma, on dit qu’elle correspond à une courbe gamma de 1/2,2 comme par exemple dans le profil d’affichage RGB Melissa propre à Lightroom.

Une correction gamma incomplète

La courbe de transfert (correspondance gamma 1/2,2) standard ne linéarise pas complètement les données en sortie, car on préfère conserver un contraste flatteur pour l’image. Si on voulait linéariser correctement, il faudrait appliquer une correction gamma inférieure à 1/2,8, valeur qui approcherait notre perception visuelle. Une telle correction apporterait en théorie plus de détails dans les ombres et une image moins contrastée, mais en pratique, on serait vite limité par la montée excessive du bruit.

La finalisation proche de notre perception visuelle est laissée à l’appréciation du technicien en port-traitement qui peut continuer à déboucher les ombres dans la mesure où il sait contrôler la montée du bruit.

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