linux-meetup

Support pour la présentation du linux-meetup Québec janvier 2021

Présentation : comment j'ai abordé darktable avec quelle motivation qui m'a conduit à étudier les théories de la lumière et de la couleur en amont du fouillis apparent des modules. Positionnement de darktable parmi les logiciels de photo. La beauté de darktable 3.4 (dernière version) on obtient vite de bons résultats et par la suite on dispose des outils pour pousser à la limite le développement (PS: je ne couvrirai pas le HDR que je ne prtaique pas).

Incursion théorique : darktable repose sur des concepts qui sont bien établis, mais qui ne lui sont pas propres, bien que pour la plupart d'entre nous ils soient inconnus ou mal compris, Je vais survoler l'histoire de la couleur et présenter et définir les concepts importants dans les théories de la vision partagées avec les peintres et celle qui sont propres à la photo numérique. C'est nécessaire pour commencer à choisir et maîtriser les modules.

En pratique : le besoin de gestion de nos nombreuses photos et le développement des photos Raw (et l'amélioration des jpg) : s'organiser pour utiliser darktable, l'atelier numérique

Darktable : installation et paramétrage de départ puis la gestion des photos avec la table lumineuse.

Darktable : le traitement des photos dans la chambre noire. Le concept de pipe line. Les stratégies de développement, les modules de traitement de l'image, la correction du bruit et des objectifs, la retouche. Les outils utiles : gestion des masques, les clones, … Mis surtout comment s'organiser pour avoir un bon développement avec quelques modules et clics bien choisis.

PS: je ne traiterai pas des autres vues que je n'utilise pas (capture, carte, diaporama et impression)

Histoire de la lumière et des couleurs

 In Georges Roque : Quand la lumière devient couleur, Gallimard, 2018, p20

  • Les peintres et teinturiers connaissent les pigments et savent les mélanger
  • On reconnaît les 3 couleurs primaires rouge, bleu et jaune qui permettent de faire toutes les couleurs mais qu'on ne peut faire à partir d'autres

  • La lumière blanche se décompose en un spectre
  • La lumière est composée de particules

La lumière c'est une onde https://fr.wikipedia.org/wiki/Christian_Huygens#Lumi%C3%A8re La théorie ondulatoire, publiée en 1690 dans son Traité de la Lumière, sous une forme encore très peu développée et vite éclipsée par les succès newtoniens est reprise par Augustin Fresnel comme point de départ de ses recherches sur la diffraction de la lumière.

la perception de la couleur est due à la présence sur la rétine de trois types de récepteurs qui réagissent respectivement au rouge et au jaune pour les récepteurs les plus gros, au vert pour les moyens et au bleu et au violet pour les plus petits

La lumière et le magnétisme sont deux phénomènes de même nature, la lumière est une perturbation électromagnétique se propageant dans l'espace suivant les lois de l'électromagnétisme.

A réalisé le 17 mai 1861 la première photographie en vraie couleur devant les membres de la Royal Institution de Londres.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Hermann_von_Helmholtz

Trois types de photo-récepteurs possédant chacun un photo-pigment différent plus sensible à une certaine longueur d'onde.

  • Le cône dit « bleu/violet » présente une sensibilité maximale autour de 420 nanomètres (nm)
  • Le cône dit « rouge » présente une sensibilité maximale autour de 540 nm
  • Le cône dit « vert » présente une sensibilité maximale autour de 520 nm

La mécanique quantique explique comment la lumière est produite sous forme de photons qui sont de minuscules particules d'énergie qui vibrent à une fréquence déterminée.

Chaque atome ou molécule a sa signature spectrale (émission ou absorption) Ici hydrogène

Ainsi chaque objet réfléchit ou absorbe certaines fréquences suivant sa composition atomique, ce qui fait qu'on le voit d'une certaine couleur

En ordonnée l'intensité

On caractérise une source de lumière par sa température en degrés Kelvin : plus la température est élevée, plus la fréquence est élevée (il existe une formule qui lie fréquence et énergie) :

  • celle de notre lumière du jour émise par le soleil est autour de 5 000 à 6 000 degrés Kelvin,
  • celle émise par une bougie est autour de 2 500 degrés Kelvin, ce qui fait qu'elle comporte beaucoup de rouge par rapport à la lumière émise par le soleil en plein jour.
  • un corps humain à 36 degrés Celsius est une source de chaleur qui émet à une fréquences de 9400 nm ( c'est de l'infrarouge ce qui permet de la capter avec un capteur adapté à cette fréquence.

Vision humaine

Je conseille fortement de regarder cette conférence de Gérard Barry qui bien que faite par un mathématicien photographe concerne aussi les peintres : https://darktable.fr/2019/06/comment-linformatique-change-la-photographie/

Le cerveau est capable à partir des messages reçus de manière continue de fabriquer une représentation colorée de la scène, il:

  • effectue une synthèse des couleurs pour produire une vaste gamme de couleurs
  • est sensible aux contrastes, ce qui permet au cerveau de voir des formes.
  • rectifie la couleur des sources pour faire apparaître blanc ce qu'il pense blanc.
  • construit une image de très grande profondeur de champ car elle est le résultat combiné de plusieurs vues, grâce au balayage incessant de la scène.
  • ajuste les zones sombres et claires pour composer une image équilibrée
  • se fait avoir (illusions graphiques)
  • a tendance à omettre, modifier ou même ajouter des éléments de la scène observée (problème de la véracité des témoignages).
  • peut cependant avoir besoin d'aide : par exemple lunettes de vue

Ce que nous percevons est donc une construction à partir des signaux électriques émis par la rétine dans notre cerveau. Notre cerveau est algorithmique et partial, il n'a pas le choix il faut qu'il trie et sélectionne, et pour ça il privilégie ce qu'il connaît déjà.

Système psychologiques de couleurs

Les systèmes psychologiques établissent, par des comparaisons visuelles d'échantillons colorés, des nuanciers comportant un classement systématique des couleurs.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_ordonn%C3%A9_de_couleurs

Attention : cette synthèse porte uniquement sur la teinte indépendamment de la pureté ou de la clarté

Dans ces systèmes les 3 dimensions sont nommées

  • Teinte, tonalité ((en) hue)
  • Saturation (intensité de la coloration d'une couleur)

  • Luminance, phanie, leucie, luminosité

https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_ordonn%C3%A9_de_couleurs

  • Goethe, s'opposant à la physique de Newton, crée une théorie des couleurs radicalement différent dans son Traité des couleurs
  • Eugène Chevreul, à partir du cercle chromatique des artistes et de sa loi du contraste simultané des couleurs, a conçu un nuancier dans lequel les couleurs sont organisées dans une demi-sphère
  • Ewald Hering conçoit un espace des couleurs à trois dimensions, dont le premier axe, de clarté, oppose le noir et le blanc, tandis que les deux autres opposent respectivement le bleu et le jaune et le rouge et le vert.
  • Wilhelm Ostwald organise les couleurs dans un volume en forme de double cône opposés par la base. L'axe vertical indique la luminosité. Chacune des tranches horizontales est un cercle chromatique de même luminosité, où la position de la couleur est définie en coordonnées polaires, la direction représentant la teinte, et la distance à l'axe central l'intensité de coloration.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_ordonn%C3%A9_de_couleurs

En 1909 Albert Henry Munsell établit un nuancier systématique, avec des gradations numériques. Révisé en 1943 il permet le repérage de couleurs de surfaces par comparaison, et leur codage. Il définit les dix teintes principales 5 primaires R,Y,G,B,P et 5 secondaires YR, GY, BG, PB, RPN. Une couleu se voit alors attribuer son identifiant définitif (exemple : « 5RP Nuancier8/2 » pour un rose pâle, ou « 5P 4/2 » pour un pourpre grisâtre)

L'image numérique : défi

Elle commence par la capture avec la rétine ou le capteur (matrice de bayer)

La fonction gamma

Nos logiciels vont devoir faire le travail de l'oeil et du cerveau : création des couleurs et du contraste

En photo argentique : la réponse de la pellicule n'est pas linéaire, elle ressemble à celle de l'oeil https://darktable.fr/2019/06/comment-linformatique-change-la-photographie/

Les 3 spectres contiennent toute l'information utilisable pour traiter la lumière suivant ses 3 dimensions

Numérique > calculs > algorithmes et pipe

Un ordinateur “voit” sous la forme de nombres et tout ce qu'il peut en faire c'est manipuler ces nombres (essentiellement les comparer, les copier, les additionner, soustraire, multiplier, diviser), et pour ce faire les programmeurs écrivent des algorithmes (suites d'opérations élémentaires) plus ou moins rusés ou complexes dans lesquelles les opérations sont exécutées les unes à la suite des autres.

La caméra voit des spectres centrés sur le vert, rouge et bleu et pour chacun il transmet des chiffres qui en mesure l'intensité lumineuse.

Une photo c'est une matrice qui subit une série de transformations mathématiques afin que la matrice initiale de spectres rouge, bleu et vert contenue dans le fichier RAW, devienne une une matrice de pixels affichés sur le moniteur.

L’enchaînement des transformations se fait dans une chaîne de traitement appelée “pipe” (tuyau), les opérations sont enchaînées la sortie (matrice résultat) de l'une devient l'entrée (matrice entrante) de la suivante.

Les algorithmes nécessitent qu'il faille représenter la lumière de telle sorte qu'ils puissent agir suivant les 3 dimensions de la couleur en fonction de l'effet souhaité (renforcement ou atténuation de la luminance, ajustement de la chrominance, ajustement du flou ou de la netteté, correction des aberrations connues, …). C'est l'ojet de la colorimétrie.

Comme les traitements s'enchaînent il est inévitable qu'il y ait des effets de rétroaction, un traitement sur la luminance pouvant par exemple altérer la chrominance étable par le précédent.

Colorimétrie

Première loi : trichromie ou trivariance visuelle Toute sensation colorée peut être reproduite par un mélange additif de trois couleurs primaires convenablement choisies Deuxième loi : additivité La sensation colorée provoquée par un mélange additif de deux ou plusieurs lumières colorées est égalisée par la somme des intensités des primaires correspondant à chacune des lumières. Troisième loi : continuité ou dilatation Si une lumière colorée baisse ou augmente en intensité, il faut, pour l'égaliser, modifier les trois primaires dans les mêmes proportions https://fr.wikipedia.org/wiki/Lois_de_Grassmann

  • Transcrit les 3 spectres chromatiques (RVB) de chaque pixel (un spectre est un ensemble de points intensité x fréquence) en 3 valeurs dans un référentiel basé sur une perception moyenne (luminance et chrominance).
  • Une image est alors un ensemble de pixels (rangés en ligne et colonne : donc une matrice)

Il doit faire la relation entre la perception de la scène et les valeurs RGB captées en référence à un observateur humain moyen pour un éclairage moyen

Le but est de pouvoir appliquer successivement des algorithmes pour composer une image telle que le veut le photographe en fonction de la sensation (perception) visuelle cherchée

  • Il doit permettre d'utiliser les lois de Grassmann qui travaillent en mode linéaire
  • Il doit délinéariser la mesure pour la transformer en perception humaine
  • Les algorithmes doivent permettre de contrôler le flou ou la netteté

La lumière est caractérisée par 3 dimensions

  • la couleur proprement dite ou teinte, ton (hue)
  • la pureté, dilution par rapport au blanc, lavée ou pure
  • la clarté ou intensité qui varie du clair ou foncé
  • Luminance (luma) : dimension qui caractérise l'intensité de la lumière
  • Chrominance (chroma) : dimension qui caractérise la teinte
  • Espace colorimétrique : représentation numérique des couleurs dans un système colorimétrique ou dans un procédé de synthèse des couleurs. Chaque couleur est caractérisée par un point dans un espace à trois dimensions.
  • Gamut ou gamut de couleur est l'ensemble des couleurs qu'un dispositif permet de reproduire.
  • Illuminant : source de la lumière avant sa réflexion sur la scène
  • Scène : ce qui fait l'objet de la capture

Un gamut typique d'écran cathodique. Le fer à cheval en gris représente toute la gamme des chrominances possibles. Le triangle coloré représente, dans un diagramme de chromaticité, le gamut correspondant à un certain type d'écran d'ordinateur qui ne couvre pas la totalité de l'espace colorimétrique. Les sommets de ce triangle sont (pour cet écran) les couleurs primaires additives, c'est-à-dire les trois couleurs que peut afficher un pixel donné.

Il s'agit de transformer les 3 spectres R, G, B en valeurs qui caractérisent la lumière en rapport à une référence basée sur 3 couleurs primaires et un blanc Ainsi 3 valeurs R, G, B sont produites ce qui permet de calculer une luminance La nécessité de passer par cette formule pour calculer la luminance rend le standard CIE RGB moins pratique que le standard CIE XYZ. Cet espace présente l'inconvéniant de conduire à des valeurs négatives et donne lieu à des calculs complexes

Les calculs dans l'espace CIE RGB font intervenir des formules d'emploi malaisé ; l'espace CIE XYZ a été mis au point pour s'affranchir de ces contraintes.Il sépare

  • la notion de luminance, intensité lumineuse subjective indépendante de la couleur, donnée par la composante Y
  • de celle de chrominance qui utilise deux autres composantes X et Z, choisies de telle manière qu'elles prennent toujours des valeurs positives pour décrire les couleurs visibles.

Dans cet espace x+y+z=1

https://fr.wikipedia.org/wiki/CIE_XYZ

L'espace chromatique L*a*b* CIE 1976, généralement nommé CIELAB caractérise les couleurs par 3 grandeurs

  • la clarté L* dérive de la luminance de la surface
  • deux paramètres a* et b* qui expriment l'écart de la couleur par rapport à celle d'une surface grise de même clarté.

  • L'existence d'une surface grise, non colorée, achromatique, implique d'indiquer explicitement la composition de la lumière qui éclaire la surface colorée. Cet illuminant est souvent la lumière du jour normalisée D65.

Le D65 est un étalon colorimétrique correspondant à une lumière naturelle en plein jour en zone tempérée. Il s'agit d'un blanc froid qui correspond à une température de couleur proximale de 6 500 K.

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darktable 3 : RGB ou Lab ? Quels modules ? Au secours !

https://darktable.fr/2020/01/darktable-3-rgb-ou-lab-quels-modules-au-secours/

darktable est en train de converger vers un workflow RGB relatif à la scène.

Récapitulatif : Lab ne marche pas pour des images à fort contraste, ne marche pas si bien pour des images à contraste modéré, et encode les valeurs des pixels de façon perceptuelle et non physique, ce qui va nous poser problème pour la suite. Lab n’a jamais été construit pour faire de la retouche mais seulement pour étudier la vision humaine.

Donc : il faut opter le plus possible pour un traitement RGB au niveau de la scène capturée.

L'atelier numérique

Quelques vidéos bien faites

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  • Dernière modification: 2021/01/05 13:34
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