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6 nov. 2013

L'histogramme en photo: le comprendre pour mieux l'utiliser



L'histogramme est un outil très utile pour le photographe, qui le rencontre une première fois sur l'écran de son apn au moment de visualiser les images prises, puis devant son ordinateur lorsqu'il s'agira de traiter la photo.

Pour vous donner les clés pour exploiter au mieux cet outil je vais d'abord vous en expliquer le principe, pour en suite savoir en tirer les informations utiles pour vos photos.





Résumé de l'article

Qu'est-ce qu'un histogramme ?
Un histogramme est une représentation graphique de la luminosité des pixels d'une photo.
 - L'axe des abscisses (horizontal) indique la luminosité (sombre à gauche, lumineux à droite)
 - L'axe des ordonnées (vertical) montre la quantité de pixels pour chaque valeur de luminosité.

A quoi sert l'histogramme au moment de prendre une photo ?
A vérifier que la photo est correctement exposée.
En mode live view il peut palier à la faible dynamique des écrans des appareils photo, qui saturent vite en faible et haute lumière.

A quoi sert l'histogramme au moment de retoucher une photo ?
Il permet un contrôle des réglages exposition, mais également au niveau de la saturation des couleurs. Il peut également mettre en évidence les artefacts dus à un traitement trop lourd (effet de peigne).
Il permet aussi de passer outre une mauvaise calibration de l'écran.

Quelles informations peut ont rapidement lire sur un histogramme ?
Avec un peu d'habitude vous remarquerez rapidement si:
 - La photo est bouchée (zones toutes noires)
 - La photo est brûlée (zones toutes blanches)
 - Des couleurs sont trop prononcées (trop saturée ou problème de balance des blancs)
 - Il y a posterisation (dégradé violant de couleur)




Simulateur




Avant propos: luminosité, luminance,... le jargon de l'histogramme


Il y a une certaine confusion au niveau de ces termes, confusion entretenue par de mauvaises traductions anglais /français. Dans cet article je m’arrête aux définitions suivantes:
  • Luminance: intensité lumineuse d'une source de lumière
  • Luminosité: intensité lumineuse perçue d'une source de lumière, calculée en tenant compte du ressenti de l'oeil
  • Tons clairs et foncés: couleurs ayant respectivement une luminance élevée et faible.
  • RVB: mode de représentation des couleurs à partir des composantes Rouge, Verte et Bleue.

Je vous invite à lire l'article sur les modes de couleurs qui explique les différentes représentations des couleurs ainsi que les calculs pour effectuer les conversions.



Principe de l'histogramme



Définition


L'histogramme est une représentation visuelle de la réparation des tons d'une photo.
  • L'axe horizontal indique les différents tons (du sombre au lumineux)
  • L'axe vertical Y indique le nombre de pixel (ou le pourcentage de pixel) pour chaque ton

histogramme - definition
Principe d'un Histogramme (les noms des zones de luminosité sont ceux de Lightroom)

Dans la vraie vie le nombre de tons est infini, mais en photo numérique il est limité par la dynamique du capteur, le nombre de bits utilisés pour enregistrer l'image et la dynamique de l'écran/du tirage.

Mais même si la photo utilise plus de bits, l'histogramme est généralement calculé sur 8 bits: on a donc 256 tons différents, de 0 à 255.

Avec Lightroom, les tons sont découpés ainsi:

  • Noir: de 0 à 25
  • Tons foncés: de 26 à 63
  • Exposition (sic): de 64 à 178
  • Tons clairs: de 179 à 29
  • Blanc: de 230 à 255


Les différents types d'histogramme


(Les appellations sont celles utilisées dans Photoshop).

histogrammes de photoshop
Une photo / 4 types d'histogramme

  • Histogramme RVB: Représentation la plus basique, où chaque composante de chaque pixel est comptée (voir le § suivant pour voir un exemple simple).
  • Histogramme Rouge, Histogramme Vert et Histogramme Bleu: Chaque composante RVB est traitée dans un histogramme séparé.
  • Histogramme de Luminosité: Représente la Luminosité de l'image, calculée en faisant la moyenne pondérée des composantes RVB, dans le but d'être fidèle au ressenti de l'oeil (pour une même luminance la luminosité du vert est plus grande que celle du rouge, elle même plus grande que celle du bleu). On a: L = 0.3R + 0.6V + 0.1B, les coefficients utilisés sont les "coefficients luma".
  • Histogramme de couleurs: les histogrammes rouge vert et bleu sont superposés, ont les distingues (difficilement) par un espèce de jeux de couleurs qui ne me parle pas des masses..



Comprendre les histogrammes au travers d'exemples simples



Histogrammes d'une image noire


Commençons par un cas simplissime: une image toute noire ( les composantes RVB sont à (0,0,0)).
Ici tous les histogrammes ont le même aspect: une unique raie à 0.
Histogramme du Noir
Histogramme d'une image noire (valables pour les couches RVB,  Rouge, Vert, Bleu, Luminosité et  Couleurs)

Le principe est le même pour toutes les nuances de gris, un gris de valeur (g,g,g) aura une raie unique à X=g.


Histogrammes d'une image rouge


Considérons maintenant un autre cas très simple: une unique couleur primaire, dans cet exemple le rouge, codé (255,0,0).
Histogrammes - Rouge
Histogrammes du Rouge

  • Les histogrammes Rouge, Vert, Bleu et Couleurs sont faciles à interpréter: tous les pixels ont une composante Rouge au max (255) les autres composantes sont à 0
  • L'histogramme RVB indique que les 2/3 des composantes sont à 0 (le Vert et le Bleu), 1/3 est au max (le Rouge)
  • L'histogramme de luminosité donne une unique raie à 76  (0,3.255+ 0,6.0 + 0,1.0)

Dès à présent la différence entre histogramme RVB et histogramme de luminosité se fait ressentir.


Histogrammes d'un dégradé de bleu


Un dernier exemple simple, avec un dégradé de bleu: la couleur va linéairement de (0,0,0) à (0,0,255) en passant par (0,0,1), (0,0,2), ... (0,0,254).
Histogrammes - degrade bleu
Histogrammes d'un dégradé de bleu

  • La couche bleu est uniforme: le bleu va du très sombre au très clair de manière linaire
  • La couche RVB met en avant que les composantes verte et rouge sont toutes nulles (la raie à 0), le bleu va de 0 à 255
  • La couche luminosité reprend l'aspect de la couche bleue mais en utilisant le coefficient luma de 0.1, ainsi alors que la luminance de bleu va de 0 à 255 sa luminosité va de 0 à 26 (de 0.1*0 à 0.1*255)

Remarque: il y a des petits pics dans les histogramme car l'image analysé n'est pas un dégradé parfait, voir le dernier §.



Savoir utiliser l'histogramme de luminosité pour contrôler l'exposition


Cette histogramme est particulièrement utile pour juger l'exposition d'une photo.
Le but du jeu est de correctement répartir la luminosité dans l'histogramme.
  • si l'histogramme dépasse sur sa droite: la photo est sous exposée.
  • si l'histogramme dépasse sur sa gauche: la photo est sur exposée.
histogrammes bouche brule
3 exemples d'exposition: sous exposée, correcte et sur exposée

  • Dans l'exemple du haut l'histogramme est "coupé" à gauche, on dit que l'image est "bouchée": les nuances dans les ombres deviennent un gros pâté noir.
  • Dans l'exemple du bas l’histogramme est coupé à droite, l'image est dite "brûlée": les nuances dans les lumières vives deviennent un gros amas blanc.

Remarque: ces illustrations (et les histogrammes) proviennent de mon simulateur d'appareil photo, courez l'acheter, il est gratuit.



Savoir utiliser les histogrammes R,V et B pour contrôler la saturation


Ces d'histogrammes permettent de détecter si une couleur est saturée (avec au moins une de ses composantes bloquée à 255).

Histogramme RVB saturation
Histogrammes RVB pour détecter une composante saturée

Dans cet exemple (une photo outrageusement saturée, pardon monsieur Depardon) on constate des raies à droite des histogrammes rouge et vert: cela signifie que bon nombre de pixels on une (voir plusieurs) composante à 255: il n'y a plus de nuance possible, et pourtant c'est important les nuances, nous ne sommes pas des garçons bouchers non plus.

Remarque: ces histogrammes ainsi que la fonction de  mise en évidence de la saturation sont issus de mon logiciel d'analyse de photos, 0€, pas cher.



Savoir utiliser les histogrammes pour contrôler la postérisation


Peut importe le type d'histogramme, la postérisation saute toujours aux yeux.

Un point sur ce terme: une photo est dite "postérisée" lorsque les dégradés manquent sérieusement de subtilité, cela créé un effet "poster" (effet "poster dégueulasse des années 80" plutôt).

histogrammes - posterisation
Apparition de raies dans les histogrammes, à cause d'une compression trop poussée




Ce phénomène survient lorsque l'on compresse trop une photo, vous le savez pour gagner de la place les petites variations de forme et de couleur passent à la trappe, ceci explique cela.

Donc en gros: si vous aviez 10 pixels gris, 10 autre gris clairs et encore 10 autre gris foncés: il deviennent tous gris moyen, cela va être évident au niveau de l'histogramme où les jolies courbes vont devenir de vilaines raies.



Pour aller plus loin


Je vous prépare un article sur les histogrammes "typés" (low key, filtré,...) en attendant vous pouvez aller voir ce que dit Adobe au sujet de ses histos.



Dernière mise à jour le:
par Pierre LPEF