From madore@clipper.ens.fr Fri Aug 9 04:29:13 2002 Article: 2 of ens.forum.informatique.graphisme Path: eleves!not-for-mail From: madore@clipper.ens.fr (Gro-Tsen) Newsgroups: ens.forum.informatique.graphisme Subject: prolegomenes : luminosite, contraste et correction gamma Date: Fri, 9 Aug 2002 02:29:13 +0000 (UTC) Organization: Forum. Lines: 172 Sender: madore@clipper.ens.fr Message-ID: NNTP-Posting-Host: clipper.ens.fr X-Trace: clipper.ens.fr 1028860153 11198 129.199.129.1 (9 Aug 2002 02:29:13 GMT) X-Complaints-To: forum@clipper.ens.fr NNTP-Posting-Date: Fri, 9 Aug 2002 02:29:13 +0000 (UTC) X-Newsreader: Flrn (0.5.0pre0 - 10/00) X-Start-Date: 09 Aug 2002 00:20:16 GMT Xref: eleves ens.forum.informatique.graphisme:2 J'inaugure ce conti en vous racontant des choses que j'ai mis un certain temps à comprendre, et qui peut peut-être vous intéresser si, comme moi, vous aviez les idées assez floues sur le sujet. En particulier sur le sens de ces mystérieux réglages « luminosité » et « contraste » sur un moniteur et sur le sens de l'expression « correction gamma ». Pour l'instant je parle uniquement d'écrans noir et blanc (enfin, ça n'existe plus, mais disons que je ne me préoccupe pas des spécificités de la couleur) : le seul paramètre est donc la luminosité émise en un point donné. (Je parle aussi d'écrans cathodiques - je ne sais pas ce qu'il en est pour les LCD.) La première nouvelle, c'est que ce n'est pas le bouton « luminosité » qui sert à régler la luminosité, c'est le bouton « contraste ». Ce réglage a pour effet d'ajuster la luminosité maximale émise par l'écran ; il le fait de façon linéaire en ce sens que si on change le réglage de contraste pour diviser par deux la luminosité maximale, on divise par deux toutes les autres luminosité, donc on ne change pas le contraste de l'image (malgré le nom du réglage). (En revanche, je n'affirme pas, si le bouton est calibré ou s'il s'agit d'une barre de défilement dans un menu de l'écran, que ce soit linéairement en l'intensité maximale.) Dans ces conditions, on peut se demander à quoi sert le bouton « luminosité », s'il ne règle pas la luminosité. En fait, il sert à calibrer le « point noir » de l'écran, c'est-à-dire l'intensité émise en un point que le moniteur considère comme noir. Plus précisément, le bouton « luminosité » effectue une translation du signal reçu par le moniteur : donc augmenter ce réglage remplace le noir par un gris sombre ; au-dessous d'un certain niveau, le réglage de la luminosité va tronquer les gris sombres et tous les égaliser sur le noir. Maintenant, en principe, on voudrait que le noir soit noir. Sur la plupart des moniteurs cela signifie qu'il faut régler la « luminosité » au *minimum*. Sur certains moniteurs, cela tronque les gris sombres, et il faut donc, en fait, le régler sur le maximum pour lequel le noir est parfaitement noir. Bon, si on n'est pas puriste, on peut augmenter un tout petit peu ce réglage de la « luminosité », cela aide à diminuer les effets désagréables de la réponse non-linéaire (cf. la correction gamma, ci-dessous), et cela permet d'éclairer un peu plus si le réglage du contraste ne va pas assez haut (ce qui est malheureusement fréquent) ; mais surtout il ne faut pas monter trop haut. La méthode pour un bon réglage d'un moniteur (en tout cas un réglage précis s'il s'agit de voir des images) est donc la suivante. Commencez par vous plonger, autant que possible, dans l'obscurité complète, et réglez le bouton « contraste » au maximum et le bouton « luminosité » au minimum. Visualisez un écran noir. Puis augmentez *lentement* le réglage « luminosité » jusqu'à ce que le fond ne soit plus noir (l'idéal, c'est, si le faisceau ne balaie pas la totalité de l'écran, de comparer la région balayée avec la région non balayée : elles ne doivent pas différer). S'arrêter juste au moment où la moindre augmentation provoquera une différence (le noir ne sera plus noir). Souvent cela signifie s'arrêter dès le début, i.e., régler la luminosité au minimum. Une fois ce réglage effectué, ne plus y toucher. Mettre l'écran dans ses conditions d'éclairage ambiant normales (idéalement, un environnement assez sombre mais pas complètement noir), visualiser une image comportant un contraste important (notamment du blanc pur et du noir pur), et ajuster le bouton « contraste » pour que l'image affichée soit bien visible mais pas trop lumineuse. (Note : le bouton « luminosité » est celui sur lequel on trouve un logo représentant un soleil - un petit cercle entouré de huit rayons ; le bouton « contraste » est celui sur lequel on trouve un logo représentant un disque moitié blanc et moitié noir. Bien entendu, je parle de « boutons », mais il peut s'agir de réglages dans un menu intégré ou de plein d'autres choses.) Si V est la valeur du réglage « contraste » dans des unités arbitraires (linéaires dans l'intensité) et D la valeur de la « luminosité » (également dans des unités arbitraires), enfin x la valeur du signal d'entrée pour un pixel donné (dans les mêmes unités que D ; positif ou nul), l'intensité émise est censément donnée par la formule V·max(x+D,0)^gamma où gamma vaut environ 2.2 (certains disent 2.4 ou même 2.5, mais c'est probablement parce qu'ils tiennent compte d'une réponse pas tout à fait linéaire de l'oeil). Pour le réglage idéal décrit ci-dessus, on a D=0, auquel cas la formule se ramène à V·x^gamma Le problème est que ce n'est pas linéaire. Les moniteurs pourraient très bien compenser en interne, mais ce n'est pas cette solution qui a été retenue, historiquement (une décision qui s'avère assez catastrophique). Quasiment toutes les cartes graphiques pour PC ou Sun n'appliquent pas de « correction gamma ». Autrement dit, la mémoire vidéo est directement transmise aux DAC (convertisseurs digital->analogique) qui déterminent x dans la formule ci-dessus. En clair, si vous affichez la couleur 128 sur 255, avec un bon réglage du point noir, vous obtenez une intensité qui est 22% (et non 50%) du blanc le plus intense (255 sur 255). Et la couleur 1 sur 255 est à peu près impossible à distinguer du noir pur. Les Macs appliquent (par défaut) une correction gamma de 1.4, c'est-à-dire que la valeur du pixel est élevée à la puissance 1/1.4 avant d'être transmise au moniteur, et il reste un facteur gamma effectif de 2.2/1.4 soit environ 1.6. Les Silicon Graphics appliquent, eux, par défaut, une correction gamma de 1.7, ce qui laisse un facteur gamma du système de 2.5/1.7 soit environ 1.3. Enfin, les NeXT appliquent une correction gamma de 2.2 censé annuler complètement la non-linéarité de la réponse du moniteur. Cela signifie que si vous prenez une image « non étiquetée », disons une image GIF, qui représente une photo, et que cette image apparaît correcte sur un PC (ce qui sous-entend que les valeurs des pixels comportent une correction gamma de 2.2, autrement dit qu'on stockera 128/255, par exemple, pour signifier un gris de 22%), alors elle apparaîtra trop blanche sur un Mac, et encore plus sur un SGI. Et une image non étiquetée qui apparaît correcte sur un Mac apparaîtra trop sombre (trop contrastée) sur un PC et trop blanche (trop délavée) sur un SGI. Pour compenser ce problème, certains formats d'image, par exemple PNG et (je crois, mais c'est plus compliqué) JPEG, permettent l'étiquetage : on attache à l'image la valeur de la correction gamma déjà appliquée, et un système chargé de l'afficher va appliquer la correction résiduelle (ou compenser la correction déjà appliquée) pour afficher correctement en fonction du facteur gamma effectif du système. Une autre chose à laquelle il faut faire attention, c'est que toutes les opérations de traitement d'image doivent se faire, pour être correctes, sur des images *non* gamma-corrigées (i.e. à échantillons linéaires). Du coup, n'importe quel traitement d'image effectué par Gimp sur un PC est foireux : comme Gimp n'a pas de module pour afficher l'image avec une correction gamma sans la stocker dans l'image elle-même, si vous voyez l'image correctement sur votre PC, c'est qu'elle est gamma-corrigée, et une manipulation d'image effectuée dessus va provoquer des erreurs de non-linéarité (en clair : si vous appliquez une transparence de 50% à un blanc pur au-dessus d'un noir pur, vous obtenez un gris à 22% au lieu d'un gris à 50%). Vous ne pouvez pas non plus vraiment vous en sortir en défaisant la correction gamma le temps de manipuler l'image puis en la refaisant à la fin - parce que vous allez perdre plein d'information comme ça dans les arrondis au cours de l'opération. Apparemment ça n'a pas l'air de gêner les développeurs de Gimp - passons. (Notons que Gimp a ce qu'il faut pour changer une correction gamma ou appliquer un facteur gamma : dans Colors > Levels, le 2e chiffre, ou niveau de gris, est la correction gamma à appliquer. Donc, si vous voulez manipuler une image qui s'affiche bien sur votre PC, modulo les erreurs d'arrondi que ça va provoquer, il faut d'abord utiliser l'outil en question pour appliquer un facteur gamma de 0.45, traiter l'image, puis utiliser de nouveau l'outil pour remettre un facteur gamma de 2.2.) Le gros problème avec toute cette histoire de gamma, c'est qu'on ne sait jamais ce qu'il en est. Par exemple, un appareil photo numérique ne vous dit pas, dans le manuel, quel est son facteur gamma. J'ai fait des expériences (à savoir : photographier l'écran de mon PC dans le noir et étudier la courbe de réponse) avec le mien (Minolta Dimage X) qui *sembleraient* impliquer qu'il faut appliquer un facteur gamma d'environ 1/1.8 aux images produites avant de les afficher sur un écran de PC pour obtenir un rapport linéaire entre l'intensité reçue par l'appareil et l'intensité émise par le moniteur qui les affiche (cela signifierait donc que le pixel indiqué par l'appareil a un exposant 1.8/2.2=0.81 par rapport à la lumière reçue ; mais c'est à prendre avec beaucoup de pincettes). Il est possible que les images JPEG sauvegardées indiquent le facteur gamma, mais je ne sais pas l'en extraire. Question grotesquitude : quand on sauvegarde un PNG avec Gimp, il propose une option « save gamma factor » ou quelque chose comme ça. Mais on n'a aucun moyen de lui dire quel facteur gamma sauvegarder, justement ! D'où sort-il ce chiffre ?