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Introduction aux philosophies de captation numérique

Utiliser le terme « HD » pour qualifier une image vidéo ou une caméra ne veut pas dire grand chose, au même titre que le terme « numérique »; maintenant que tou

Publié par jcf, le 20 Février 2008
  1. jcf
    Utiliser le terme « HD » pour qualifier une image vidéo ou une caméra ne veut pas dire grand chose, au même titre que le terme « numérique »; maintenant que tout est numérique, et que tout sera HD, quelles sont les véritables différences d'un dispositif à l'autre:
    • en termes qualitatifs (définition de l'image, dynamique, nuances, contrastes, espace colorimétrique, process et quantification du système de traitement numérique et puis de l'enregistrement...)

    • en ergonomie (faut-il plonger dans les sous-menus cachés pour accèder à telle fonctions, équilibre physique de l'ensemble batteries/recorder/tête de caméra/optique, etc...)

    • La philosophie de la caméra, sa cible de diffusion, son processus de production et post-production (workflow).

    On peut proposer 6 grandes familles philosophiques de caméras HD:

    • La philosophie « News », avec une image linéaire fabriquée au diaph (toutes les cams utilisées pour fabriquer une image news, ainsi que Z1, etc...).
    • La philosophie « RAW » (à l'opposé du mode News) qui déplace une grande partie des choix techniques sur la caméra en post-production (Viper, Red one...).
    • La philosophie « Gamma et Knee » qui permet de 'sculpter' l'image de son choix manuellement lors du tournage (HDW-750 et les copines..., HVX200, EX1, Z7, etc...). On peut bien entendu réaliser des profils sur des "scenes files" sur memorystick par exemple pour les recharger selon les besoins, selon les cams.
    • La philosophie « Hyper Gamma », des courbes toutes prêtes qui permettent d'exploiter au mieux la dynamique
      de la caméra dans la plupart des conditions d'éclairage (HDW F900 et les copines...): HG 1 et 2 pour un signal sur 100%, HG 2 et 4 pour un signal sur 109% pour augmenter la dynamique si la chaîne post prod peut interpréter ces 9% supplémentaires (HG1= moins de lumière et HG2=fort contraste extérieur).
    • La philosophie « Courbes de réponse sur mesures », des courbes fabriquées pour des conditions particulières et des caméras qui acceptent l'injection de courbes (F900 par exemple).
    • Des courbes LOG à étalonner (Genesis (Panalog), F23 et F35 (S-LOG), HPX3700 P-LOG, etc... ). C'est ce que j'appelle du simili RAW, la totalité de la dynamique du capteur mais dans un workflow vidéo, sur 10 bits en LOG (l'image utile de 0 à 50% du signal linéaire, les hautes lumières de 50 à 100%), ou les nuances se retrouvent dans le bas de la courbe (le blanc standard à 100% se retrouve à 70%, et les visages passent de 70% à 40%).
    hd2.png

     

    Deux philosophies extrêmes:

    • Le format dit RAW (brut), où les données enregistrées proviennent directement du capteur sans aucun traitement, mais rendant la phase de post-production plus lourde: avant de voir une image 'droite', il faut traiter les données comme le font les autres caméras en interne, mais cette fois ci en post prod, depuis les sous-pixels R, G et B de la matrice, dé-matricer (Bayer par exemple) pour reconstruire une image en couleur dans un espace colorimétrique cible, réaliser une réduction de bruit, effectuer une balance des blancs, etc...: c'est la philosophie qui offre la plus grande marge de manœuvre à l'étalonnage; l'image ne peut être ni visionnée ni diffusée telle quelle en sortie de caméra (comme un négatif numérique qu'il faudrait 'révéler' avant de la regarder). Il y a obligatoirement une vie après le tournage...

    linear_small.jpg
    Image RAW 12 bits Lin BRUT en sortie de la Red One traitée en RVB linéaire (© shawn Nelson sur RedRelay.net)

    rec709_frame_small.jpg
    image révélée: application d'une courbe de Gamma standard HD ITU REC 709 (image corrigée sur Red Alert - gratuit)

    • Le mode 'News' ou 'droit' qui 'clip' l'image dans les hautes lumières et enterre les basses lumières en donnant une image rapide et très contrastée, avec comme seul réglage le diaphragme: C'est la philosophie qui offre le moins de manoeuvre à l'étalonnage (ce qui est perdu au tournage est perdu pour toujours), mais l'image est prête à être diffusée telle quelle. Il n'y a pas ou peu de vie après le tournage...

    750_630.jpg
    Sony HDW750 'droite': +3 diaphs dans le ciel, -3 diaph dans les ombres soit environ 6-7 diaphs de dynamique 

     Entre ces deux extrêmes, chaque philosophie trouve sa place, et certaines caméras peuvent fonctionner dans plusieurs modes (linéaire, knee et gamma, courbes en preset, courbes persos, raw)...

    Avant l'enregistrement, des courbes de réponse adaptées (users gamma) sont utilisées dans la caméra; après l'enregistrement, des LUT (Look Up tables) 'révèlent' et interprête l'image finale sur un moniteur.


    gammabox.jpg
    Panavision Genesis/F23/F35: à gauche l'image PANA-LOG (ou S-LOG) à étalonner (simili RAW), à droite l'image 'révélée' par une LUT Eclair via une Gamma-box


    Différence d'optiques, de profondeur de champ, de capteurs, de traitement, de courbes de réponse, d'espace colorimétrique, d'enregistrement, de transport... bref autant d'univers différents...

    750_300.jpg  genesis_300.jpg
        Gamma Standard ITU 709 sur Sony HDW750 en REC 8 bits lin YUV            Panalog sur Panavision Genesis après LUT en Rec 10 bits Log RGB


    genesis_630.jpg
      oscillo_genesis_0_visage-nuages.pngoscillo_genesis_0_visage-nuages_corrected.png
    Visualisation du signal brut en sortie de caméra                       Signal corrigé pour un monitoring et exploitation vidéo

     
    viperraw_simulated_small.jpg
     Simulation d'image RAW en sortie de la Viper: totalement verte et sans contraste (temporairement) !

     
    Une image enregistrée en 8 bits YUV offrira peu de 'matière' pour unétalonnage poussé, par rapport à la même image enregistrée en 12 bitsLin ou 10 bits Log; ci dessous un exemple à partir d'une image tournéeavec une Genesis: l'image originale est fournie par une tête de caméraqui travaille en 14 bits Lin, puis ramène le signal sur 10 bits LOG RGB,avec une densité de nuances très importante dans le bas de la courbe(Pana-Log).  

    thumb_genesis_panalog1.jpg  
    Image originale (simili RAW) en sortie de la Genesis en 10 bits LOG à étalonner avant affichage:
    il faut 'interpréter'; 'révéler' les données brutes pour obtenir une image,
    celle-ci étant sans contraste et avec peu de saturation des couleurs
    (cliquer pour voir l'image à taille réelle)

    Note: Attention, toutes les images affichées ici ne sont que des approximations des images réelles, car elles ont été converties en 8 bits Jpeg pour être affichées sur cette page web.

    Une fois l'image récupérée au format 10 bits LOG, celle ci est étalonnée sur deux systèmes différents en essayant de faire remonter de la matière sur le visage, sans bruler la matière sur la bougie, et en gardant dans le même temps un peu de matière sur le mur au fond.

    correction16bits01_493.png
    Image 10 bits Log étalonnée sur un système d'étalonnage dédié cinéma (4:4:4, RGB, 16 bits)


    Sur ce premier système d'étalonnage qui process avec une dynamique de 16 bits, en travaillant la courbe pour faire remonter la matière sans faire remonter le niveau des noirs, on observe que la marge est importante vu le nombres de nuances (de 1024 à 65 000 nuances selon les zones de la courbe à cause du LOG) à disposition dans l'image originale; chaque modification apportée à l'image a une répercution 'douce' sur le résultat. Si l'on avait travaillé avec un fichier brut "RAW" Lin, on aurait bénéficié de la même latitude mais avec encore plus de finesse dans le haut de la courbe (les courbes LOG concentrent les nuances dans le bas de la courbe au détriement du haut de la courbe, où il ne reste que très peu de nuances).
    Passons sur un système d'étalonnage dédié vidéo (ici Avid Media Composer), qui travaille avec une dynamique de 8 bits: en essayant de travailler la matière avec la même méthode, on observe que le travail est beaucoup plus laborieux, et que chaque modification de la courbe a une grande incidence sur le résultat: le nombre de nuances étant beaucoup plus réduit (256 nuances sur la totalité de la courbe, sachant que dans l'exemple présent, toutes les informations de l'image sont concentrées dans la zone des basses lumières, ce qui réduit d'autant la latitude de travail et le nombre de nuances à disposition). 

     correction8bits01.png
    Image 8 bits Lin étalonnée sur un système dédié vidéo (4:2:2, 8bits, Y Cb Cr), en essayant de s'approcher du premier résultat

    Pour comprendre les différentes philosophies et les différents réglages selon les caméras, je vous propose de jouer avec le logiciel « HD philo » disponible sur le repaire dans le forum HD et Cinema numérique , qui simule le comportement des caméras.


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