Gamma

Gamma

Les « Gradation »(Etalonnage) ou « courbe de transfert » (technique pure) définissent le lien entre la lumière et les codage numérique : une digitalisation de la lumière.

La naissance du Gamma

Codage linéaire de la lumière ne correspond pas à la vision humaine

Imaginons un système d’enregistrement et de lecture de fichier video avec un gradation linéaire :
Un gris à 18% est enregistré à 0,18 (valeur normalisée) et apparaitra bien comme un gris à 18% à l’œil.
Or pour des raisons technologiques et aussi physiologiques, la lumière/luminance n’est pas perçue (œil) et restituée (Télés) de manière simple et directe.

Codage non-linéaire de la lumière adapté à la vision humaine

L’œil ne perçoit pas la lumière de façon linéaire. Il voit plus de détail dans les « noirs » que dans les « blancs ». La lumière sera donc enregistrée /encodée de manière non linéaire, selon une courbe.

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Cette courbe correspond mieux à la perception de notre œil. Il faudra donc qu’à la lecture /décodage la courbe inverse soit appliquéé. De cette manière un gris à 18% est enregistré à 0,5 (valeur normalisée) et apparaitra bien comme un gris à 18% à l’œil

le Gamma SDR

C’est celui communément de la TV HD. L’opérateur mathématique Gamma est utilisé pour cette courbe éponyme.!! voici sa représentation.

Gamma 2.6 : P3 DCI

Mais certaines courbes de gradation ne sont pas des Gamma parfaits. Une petite partie est linéaire (une droite) puis ensuite un courbe gamma classique.

Par soucis de simplification, heureusement, un Gamma parfait s’en approche.

Gamma 2.2 : sRGB Simplifié
Gamma 2.35- 2.4 :  Gamma Rec. 709 et Rec. 2020 simplifié
Remarques :
  • Plus le Gamma est grand, plus la courbe est écrasée.
  • Attention un même fichier de vidéo numérique n’affichera donc pas les mêmes luminosité en fonction du Gamma / Gradation / Courbe avec laquelle il est interprété / ouvert. C’est une question FONDAMENTALE.
  • Chose absolument nécessaire d’un point de vue qualitatif … surtout en 8bit

Les caméras : le marketing des « Log »

Clic ➧ Grand

Les capteurs de caméra ont une dynamique plus grande que les systèmes de diffusion SDR (Standard Dynamic Range) et même parfois HDR .
Une « courbe » Log (on parle alors de « Gradation ») permet d’enregistrer toute cette dynamique de manière optimale et aussi esthétique.

  • Sony : S-log, S-log 2 & S-Log 3
  • Canon : Canon Log,  Canon Log 2 & Canon Log 3
  • Arri : Log C
  • AstroDesign : A-Log
  • DJI : D-Log
  • FujiFilm : F-Log
  • Nikon : N-Log
  • Panasonic : V-Log GH5, V-Log Varicam
  • Blackmagic : il y en trop !
  • RED : Il y en a trop!

HDR : High Dynamic Range

La plage de luminance va augmenter : des noirs plus sombres (attention à la pollution lumineuse) et des blanc plus lumineux (attention aux yeux)

Télé SDR et cinéma

  • 8 Diaph est la plage du SDR (0,5 ➧ 100 nits)
  • 11 Diaph est la plage du Cinema (0,024 ➧ 48 nits)

HDR

  • 17 Diaph est la plage des Télés LCD QLED (en pratique 0,01 ➧ 1500 nits)
  • 18 Diaph est la plage minimum HDR (>0,005 ➧ <1000 nits)
  • 20 Diaph est la plage des Télé OLED (0,0005 ➧ 540 nits)
  • 20 Diaph est la plage du Cinéma Dolby (0,0001 ➧ 108 nits)

Mon œil!

Le HDR augmente considérablement la dynamique de diffusion. Clic ➧ Grand
  • 26 Diaph est la plage maximale de la vision humaine (0,000001 ➧ 1000000 nits)
  • 10 Diaph est la plage instantanée de l’œil
  • 14 Diaph est la plage instantanée du couple Œil-Cerveau

Gradation HDR : HLG et PQ

La dynamique HDR introduit 2 nouvelles courbes de gradation adaptées à cette technologie de diffusion (les caméras RAW étant depuis longtemps HDR) : HLG et PQ
En effet et une fois de plus, c’est une technologie qui coute cher aussi bien en post production qu’au visionnage.
En 2019 le matériel haut de gamme ont une luminosité maximum autour de 1000 nits …. alors que la norme est prévue pour aller jusqu’à 10000 nits.

La courbe de gradation HLG (Hybrid -Log-Gamma) permet de créer un fichier HDR avec une compatibilité maximum. C’est à dire qu’il sera décodé/lu aussi bien sur un :
– Moniteur HDR (HLG)
– Moniteur SDR (Gamma 2,4).
Sa profondeur est de 10 bit et sa luminance max est fixe et fixée à 1000 nits.
HLG est donc compatible avec SDR (HDTV) !!

Un fichier HDR avec une courbe de gradation PQ (Perceptual Quantizer) assure un maximum de qualité.
Le but de la courbe PQ étant de se rapprocher toujours au plus prêt des capacités de l’œil humain, elle suit le plus fidèlement possible la sensibilité de l’œil sur la plage HDR. Elle peut donc enregistrer/restituer un maximum d’information. Sa profondeur est de 10 ou 12 bit. Sa luminance max est de 10 000 nits.

Normes « pratiques » HDR

  1. Dolby Vision : utilisé en VOD (Netflix). Sytème très avancé pour adapter image par image le programme étalonné aux capacités réelles du téléviseur/moniteur
  2. HDR10+ : crée par samsung, une version améliorée de son propre HDR10 « à la sauce » Dolby Vision
  3. HLG : utilisé pour le streaming car rétro compatible avec les téléviseurs HD ➧ SDR !
l’étendue des dégâts !!

HDR : Tout est plus lumineux?

la réserve de luminance qu’offre le HDR par rapport au SDR est énorme. Les images traditionnelles en profiteront dans les noirs pour augmenter leur contraste.
Pour plus de réalisme, la réserve de luminance n’est utilisée que pour certains éléments de l’image : Reflet du soleil, éclat de lumière.

  • Si tout l’image devenait plus lumineuse, on perd directement, par pollution (réflexion sur les murs, dans la salle) l’avantage des noirs très profonds
  • les technologies actuelles des écrans ne peuvent pas afficher partout et longtemps de forte luminance
  • une video entièrement blanche à 500 nits abime la rétine à tout jamais !!!

UHD Premium

Créé en avril 2016 par la UHD Alliance (Samsung, LG, Sony, Panasonic et Dolby), cette norme sert a fixer les limites, dans l’univers des possibles.

  • Plus de 1000 nits pour les blanc et moins de 0,05 nits pour les noirs, pour les Télés LCD QLED (en pratique 0,01 ➧ 1500 nits)
  • Plus de 540 nits pour les blanc et moins de 0,0005 nits pour les noirs, pour les Télés OLED