Niveaux blancs en 3d

Il est malheureusement très facile de rester bloqué au niveau de la compréhension des aspects purement techniques d’un appareil de prise de vue.

Précédemment sur ce blog, j’ai décidé de vous parler d’une des notions les plus essentielles à connaître si vous souhaitez apprendre la photo ou filmer avec un réflex numérique : la température de couleur.

De manière très élémentaire (et très raccourcie) on peut dire que la température de couleur correspond à la relation entre la température d’un corps exprimée en Kelvin, et la couleur de la lumière émise par ce corps. On a pu voir par exemple qu’une plaque de cuisson dont la température s’élève à environ 500K, tend à émettre une lumière rouge. Le filament d’une lampe à incandescence dont la température s’élève à environ 2500K, tend à émettre une lumière jaune. Le soleil dont la température à la surface s’élève à environ 5500K, tend à émettre une lumière bleutée. Si vous n’avez pas encore lu l’article consacré à cette notion, je vous encourage vivement à le faire dès maintenant.

Si vous avez déjà entendu parlé de température de couleur, vous avez très certainement entendu parlé de la balance des blancs. Ne pas comprendre et maîtriser cette notion, c’est prendre un risque majeur par rapport au rendu de vos images. Mais rassurez-vous, car il s’agit justement du sujet de l’article d’aujourd’hui. Mais avant d’entrer dans le vif du sujet, je vous propose de revenir encore une fois aux fondamentaux… parce que moi… j’aime bien revenir aux fondamentaux 🙂

Comment fonctionne l’œil humain ?

Oeil humain avec des couleurs

Bon je préfère prévenir tout de suite… je ne suis pas ophtalmologue ou spécialiste des yeux hein 😀

Je vous propose donc de voir ensemble le fonctionnement de l’oeil humain de manière très basique.

Lorsque vous regardez un objet, vous laissez entrer de la lumère dans votre oeil par l’espace de la pupille. L’amplitude de cet espace s’adapte en fonction de la quantité de lumière reçue. Si votre regard évolue dans un environnement très lumineux, vos pupilles auront tendance à se contracter pour laisser passer moins de lumière. Si au contraire votre regard évolue dans un environnement très sombre, vos pupilles auront tendance à se dilater pour laisser passer plus de lumière.

La lumière atteint ensuite la rétine au fond de l’oeil. Celle-ci se compose de capteurs de deux types. Les premiers captent la quantité de lumière, tandis que les seconds captent sa chromacité. Il est important de préciser qu’il n’existe pas autant de capteurs dédiés à la chromacité qu’il existe de couleurs perceptibles par l’oeil humain. En réalité, il existe seulement trois “familles” de capteurs dédiés à la perception des couleurs :

  • Des capteurs dédiés à la perception des longueurs d’ondes de rouge.
  • Des capteurs dédiés à la perception des longueurs d’ondes de vert.
  • Des capteurs dédiés à la perception des longueurs d’ondes de bleu.

Rouge, Vert et Bleu… Ca vous rappelle quelque chose n’est-ce pas ? 🙂

Association des couleur rouge, vert et bleu sur fond noir

Nous en avons déjà parlé dans l’article consacré à la température de couleurs. Ces trois couleurs sont considérées comme les couleurs primaires d’un modèle colorimétrique additif. Le modèle additif est établi sur la base du noir et non pas du blanc comme le modèle soustractif de l’impression par exemple. Lorsque vous affichez des couleurs sur un écran, vous ajoutez de la lumière pour créer ces couleurs. Lorsque vous imprimez des couleurs sur une feuille de papier blanc, vous enlevez la lumière émise naturellement par le blanc de la feuille, pour créer ces couleurs. C’est précisément ce qui distingue un modèle colorimétrique additif, d’un modèle soustractif.

Mais revenons à nos moutons… ( “bêêêêêh !” 😀 )

Saviez-vous que le mouton est l’un des seuls animaux qui ne peuvent pas survivre sans l’intervention de l’homme ? 🙁

Même si c’est vrai, ce n’est toujours pas le sujet de cet article… 😛

La rétine de l’oeil humain n’est donc pas prévue pour percevoir d’elle-même l’ensemble des valeurs colorimétriques de la lumière. Elle capte avant tout des valeurs de rouge, de vert et de bleu considérées comme primaires. Elle envoie ensuite les signaux à notre cerveau par le biais du nerf optique. C’est donc finalement notre cerveau qui se charge d’interpréter les couleurs en fonction des signaux envoyés par la rétine.

Oui… je simplifie grandement les choses 😀

Cerveau avec des couleurs

L’oeil s’adapte comme il peut à son environnement et à ce qu’il perçoit. La pupille se contracte ou se dilate en fonction de l’intensité de la lumière perçue, le cristallin évolue pour faire la mise au point, la sclère (partie blanche prédominante) est reliée à six muscles qui permettent le mouvement du globe occulaire, la conjonctive assure l’humidification de l’oeil et prévient l’installation des microbes… bref ! Autant dire que notre oeil est une machine déjà très bien huilée. Mais elle n’est pourtant pas sans défaut… C’est justement là que notre cerveau intervient 🙂

Le fait que notre cerveau interprète les couleurs, comporte en réalité plusieurs avantages. Non seulement il permet d’affiner la perception que nous avons des couleurs qui nous entourent, mais il permet également d’ajuster notre interprétation de ces couleurs. Plus particulièrement, lorsque l’environnement est soumis à des variations de température de couleurs !

Si vous avez déjà lu l’article consacré à la température de couleur, vous savez que la chromacité d’une lumière qui se compose de l’intégralité des ondes éléctromagnétiques varie en fonction de la température du corps qui émet cette lumière. En théorie, la lumière devrait être blanche, mais en pratique, elle peut varier entre des valeurs de rouge, d’orange, de jaune, de blanc et même de bleu.

Spectre de température de couleur

On a vu ensemble que la lumière émise par la surface du soleil par exemple, tend vers le bleu. La couleur perçue de cette lumière depuis la Terre dépend également du passage des ondes électromagnétiques au travers de notre atmosphère. Les éléments de cette dernière on en effet une influence sur la composition de la lumière. Lorsque nous observons la lumière du Soleil depuis la surface de la Terre, nous la percevons moins bleutée que lorsque nous l’observons depuis l’espace. Mais la chromacité de la lumière du Soleil que nous pouvons observer depuis la surface de la Terre, varie également en fonction du moment de la journée. C’est un phénomène particulièrement évident à l’aube ou au crépuscule par exemple. À ces moments-là, la lumière du Soleil tend généralement vers des tonalités plus orangées.

Levé de soleil

Mais cette chromacité varie pourtant de manière significative tout au long de la journée.
Même si on ne s’en rend pas forcément compte ! 🙂

Variations de température de couleur au fil de la journée

Comment peut-on expliquer qu’on ne fasse pas attention à de telles variations dans la chromacité de la lumière de notre Soleil ?

Je vous propose de mettre de côté la lumière du jour et de considérer une expérience assez simple que vous pouvez même faire chez vous…

Prenez un objet quelconque que vous pouvez considérer comme étant blanc (ou très proche du vrai blanc). Il peut s’agir d’une simple feuille de papier, d’une tasse de café, d’une assiette, d’une feuille d’essuie-tout, d’un blanc d’oeuf cuit ( beurk ! 😀 ), d’un stylo blanc, d’une facture impayée ( Arf ! 😕 ) ou même tout simplement d’un mur blanc. Prenez ensuite une source lumineuse colorée (on s’en fout de la couleur du moment qu’elle n’est pas blanche) et éclairez l’objet blanc avec cette source. Si celle-ci est blanche, faites simplement passer la lumière au travers d’un filtre de couleur quelconque. Même un papier de bonbon peut faire l’affaire.

De manière très élémentaire, on peut observer que l’objet blanc prend un peu de la couleur de la lumière qui l’éclaire. Et là vous allez me dire : “Wouhooouh ! Merci Marc pour cette expérience de ouf malade qui m’a complètement… pas du tout ouvert les yeux sur quoique ce soit, puisque je le savais déjà !” 😀

En réalité, en faisant cette expérience, votre cerveau a naturellement assimilé et conservé deux informations capitales. D’abord, vous savez que l’objet n’est pas réellement de la couleur perçue lorsque vous l’éclairez avec la source lumineuse colorée. Vous savez qu’à l’origine cet objet est blanc. Vous savez également (et simplement) que vous l’éclairez avec une source lumineuse colorée. Ces deux informations ne sont pas du tout traitées par vos yeux, mais bel et bien assimilées et interprétées par votre cerveau.

Êtes-vous déjà allé dans un bar ou une boîte de nuit éclairée uniquement avec des lumières colorées ?

Si la réponse est oui, alors vous devez certainement avoir déjà eu cette impression de ne pas pouvoir identifier précisément la couleur réelle d’un ou plusieurs objets présents dans cet environnement.

C’est particulièrement vrai dans le cas d’un éclairage ultraviolet (aussi appelé “lumière noire”).

Photographie ultraviolet

Sauriez-vous me dire de quelle couleur est la peinture appliquée sur sa peau ? 🙂

Par exemple, un objet blanc entièrement baigné dans une lumière rouge vif, sera théoriquement perçu comme un objet rose. Le blanc de l’objet s’additionne au rouge de la lumière qui l’éclaire. Si nous n’avons jamais vu cet objet auparavant, comment expliquer que nous pouvons savoir que celui-ci est blanc et non pas rose ? Tout simplement parce que notre cerveau sait qu’une réinterprétation de la couleur est nécessaire. Il sait que la présence de la lumière rouge implique un changement dans la perception des couleurs des objets éclairés par cette source de lumière.

En clair :

L’interprétation des couleurs par le cerveau, donne à la vision humaine une valeur subjective.

Ce n’est pas parce que nous observons un objet blanc à l’aube ou au crépuscule, que nous croyons forcément que cet objet est orange pâle (blanc additionné à l’orange de la lumière du Soleil à l’aube ou au crépuscule). Nous savons pertinement qu’il est toujours blanc. De la même manière, ce n’est pas parce que la chromacité de la lumière du Soleil varie continuellement tout au long de la journée, que nous croyons que tous les objets changent eux aussi continuellement de couleur.

Notre cerveau nous permet donc d’avoir une certaine adaptabilité dans la perception et l’interprétation des couleurs. Même si un objet n’est pas perçu comme “parfaitement” blanc, notre cerveau nous rappelle que celui-ci est bel et bien blanc à l’origine. On peut ainsi considérer que le cerveau fait automatiquement sa propre balance des blancs. Il nous aide à savoir ce qui peut être considéré comme blanc et ce qui ne l’est pas.

Comme on l’a mentionné, la vision humaine comporte donc une valeur subjective.

Mais la vision d’une caméra est totalement objective !

En principe, elle interprète de manière absolue les ondes électromagnétiques qu’elle reçoit. Sans se poser la question de savoir si la couleur perçue du sujet filmé est la bonne. Une caméra peut donc percevoir un objet comme étant bleu, sans savoir qu’il s’agit en réalité d’un objet blanc éclairé par une lumière bleutée.

C’est précisément pour cette raison qu’il est indispensable de maîtriser et de régler correctement la balance des blancs sur un appareil de prise de vue…

La balance des blancs sur un appareil photo ou une caméra.

Le capteur d’une caméra reçoit donc une certaine quantité de lumière. Il assimile ensuite des données relatives aux couleurs perçues et les envoie au processeur du boîtier en valeurs numériques (ou en réactions chimiques dans le cas des caméras ou appareils photo argentiques). Le fonctionnement ressemble donc à celui de la complémentarité de l’oeil humain et du cerveau. Sauf qu’en principe, le boîtier ne réinterprète pas les couleurs comme le cerveau.

En principe…

Sur les caméras d’aujourd’hui, il existe un mode de balance des blancs automatique qui joue en quelque sorte le rôle du cerveau humain. Ce mode permet en effet d’adapter la perception colorimétrique de la caméra en fonction de la chromacité de l’environnement.

Et là vous allez peut-être me dire :

“ Mais alors la caméra possède elle aussi une vision subjective et non pas totalement objective !? 😮 ”

Oui, mais…

Personnellement je me méfie toujours des modes automatiques !

Les technologies d’aujourd’hui permettent d’atteindre des performances remarquables en terme de précision. Mais lorsqu’on fait du cinéma ou de la photographie, je reste fermement contre l’idée de laisser un algorithme décider de l’esthétique d’une image à la place du créatif qui s’exprime. C’est là une problématique d’ordre créatif, mais aussi technique. Si vous filmez ou photographiez un environnement dans lequel plusieurs températures de couleur se mélangent les unes aux autres… la balance des blancs automatique risque fort de partir totalement en freestyle ! 😀

Je vous propose donc de partir du principe que vous réglez votre balance manuellement. Étant donné que la perception de la caméra est objective (en mode manuel), la problématique réside donc dans le fait de lui donner une valeur de référence. Techniquement, on parle même d’étalonnage. L’étalon du mètre donne la valeur de référence de la longueur d’un mètre. Pour ce qui est de la balance des blancs, l’idée est exactement la même.

Il s’agit de donner à la caméra une valeur de référence de ce que doit être le « blanc parfait ».

Une balance des blancs mal réglée aura pour conséquence de donner une teinte qui n’est pas forcément désirée aux valeurs de blancs (et par extension, à toutes les autres couleurs de l’image).

Rendu image en fonction de la température de couleur

Le principe est donc assez simple. Il s’agit de régler la valeur de la balance des blancs en fonction de la température de couleur de la source de lumière.

Si par exemple vous décidez de tourner une scène en extérieur à la lumière du soleil de midi, vous aurez une température de couleur proche des 5000K. Pour que votre appareil photo perçoive correctement les valeurs de blancs (et par extension, toutes les couleurs), il suffit de régler la balance sur une température de 5000K.

Si vous décidez de tourner une scène en intérieur avec un éclairage tungstène (lampe classique à filament), vous aurez une température de couleur avoisinant les 2500K. Vous pouvez alors régler votre balance à cette valeur pour obtenir un rendu des couleurs fidèle à ce que vous percevez à l’oeil nu.

Notez que même si vous décidez de produire des images en noir et blanc, le réglage de votre balance peut avoir une incidence significative sur le rendu de vos images. Gardez bien à l’esprit qu’une image faite de nuances de gris se composent tout de même de couleurs primaires comme le rouge, le vert et le bleu. Le rendu que vous obtiendrez dépend donc directement du réglage de la température de couleur de l’appareil de prise de vue utilisé.

Photographie noir et blanc avec correction de couleur

Important : Dans le jargon de l’audiovisuel, on parle aussi de balance des noirs. Le but de la balance des noirs n’est cependant pas du tout le même que celui de la balance des blancs. Il s’agit de définir les vraies valeurs de noir dans une image, afin d’éviter d’avoir des parasites lors de la réception du signal.

Bon… la théorie c’est bien beau… mais qu’en est-il de la pratique ?

Eh bien c’est le sujet d’un prochain article bien sûr ! 😛

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