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Déterminer les coefficients RVB

Cet article explique comment déterminer de façon fiable et reproductible les coefficients d'équilibrage de la balance des blancs, coefficients qui peuvent ensuite être saisis dans les logiciels spécialisés comme Iris de Christian Buil. Sans ces coefficients, vos images prendront une dominante colorée. Cela ne vous empêche pas de jongler ultérieurement avec l'équilibre des couleurs pour parachever votre image. La méthode présentée fonctionne avec toutes les marques d'APN pour peu qu'un logiciel existe pour lire ses images RAW et retourner la moyenne des niveaux de couleur.

Le Protocole de test

Prises de vues

Les images prises en format RAW contiennent les informations brutes de la prise de vue. L'illumination de chaque photosite est stockée sur 12 ou 14 bits (ou plus peut être sur de futurs APN très haut de gamme à venir). Les photosites sont généralement disposés selon 3 plans de couleur, rouge, vert et bleu, selon un arrangement en matrice de Bayer. En face de chaque photosite se trouve une petite lentille colorée qui filtre l'une des 3 couleurs primaires. Chaque filtre n'atténue pas la lumière de la même façon, c'est pourquoi un réglage de la balance des blancs est nécessaire pour rééquilibrer les couleurs. En particulier, la matrice de Bayer dispose de deux fois plus de pixels verts que de pixels rouges ou bleus.

Le principe est de photographier une feuille blanche éclairée par la lumière naturelle, et de mesurer sa couleur dans le fichier RAW pour en déduire la correction à appliquer à chaque photosite pour que l'image résultante soit blanche.

Disposez la feuille bien en face du soleil, à l'écart de surfaces réfléchissantes ou colorées.

Régler l'appareil photo en mode RAW, à 400 ISO et à une vitesse de 1/1000e ou plus rapide. Choisir un objectif lumineux. Positionnez vous devant la feuille, l'objectif à quelques dixaines de centimètres de la feuille. Cadrer plein champ une zone centrale de la feuille en prenant garde à ne pas cadrer son ombre. Prendre une photo. Assurez vous que la photo ne soit pas saturée ni trop sombre sinon ouvrez ou fermez un peu le diaphragme, ou changez la vitesse et recommencez.

Prendre ensuite une photo dans le noir complet, à la vitesse la plus rapide, en mode RAW, sans changer le réglage ISO. C'est l'image d'offset.

Collecte des informations

1. Lancer Iris.

2. Cliquer sur l'icône en forme d'appareil photo situé sous le menu Traitement, et vérifier que la case Balance du blanc > Appliquer est bien décochée.

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Au passage sélectionner le bon appareil photo dans la liste déroulante. Si votre modèle n'est pas listé, essayez de sélectionner un appareil de la même marque équipé du même controleur interne.

3. Charger la photo de l'offset avec le menu Fichier > Charger... Puis sauvez la (Fichier > Sauver...) sous le format .pic, on l'appellera offset.pic.

4. Charger la photo de la feuille blanche puis cliquer sur l'icône Commande, situé juste à gauche de l'appareil photo de l'étape 2.

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5. Dans la boite qui s'ouvre, dite Console de commande, écrire le mot STAT après le signe > (ne pas effacer >) puis appuyer sur Entrée.

6. Une fenètre s'ouvre avec des indications. Regarder les indications des valeurs moyennes des trois canaux rouge, vert et bleu, si elles sont toutes supérieures à 500-1000 et inférieures à 3000, c'est OK, sinon prenez une nouvelle photo de la feuille avec un diaphragme plus ouvert. Une fois la photo satisfaisante obtenue, passez à l'étape suivante.

7. Dans la fenètre de commande, tapez SUB OFFSET 0 puis appuyez sur Entrée.

8. Réécrivez STAT dans la fenètre de commande puis Entrée. Par exemple :

9. Notez les valeurs des moyennes des 3 canaux rouge, vert et bleu, par exemple :

  • Rfeuille = 377,9
  • Vfeuille = 786,0
  • Bfeuille = 545,2

Calcul des coefficients

  1. Le coefficient du canal rouge s'obtient en divisant la valeur moyenne du canal vert par la valeur moyenne du canal rouge.
  2. Le coefficient du canal vert est égal à 1,00.
  3. Le coefficient du canal bleu s'obtient en divisant la valeur moyenne du canal vert par la valeur moyenne du canal bleu.

Par exemple avec les valeurs relevées ci-dessus :

  • Rcoef = 786 / 377.9 = 2,08
  • Bcoef = 786 / 545.2 = 1.44

    Les trois coefficients seront finalement :

R = 2,08 V = 1,00 et B = 1,44

La procédure totale prend environ 20 minutes. Si elle est bien effectuée, elle garantit des résultats reproductibles et fiables.

Les APN Nikon

Les Nikon ne décallent pas l'offset (au risque de perdre un peu d'information). Il n'est pas nécessaire de retrancher l'image d'offset comme cela doit se faire avec les Canon. Par contre, les Nikon opèrent un traitement de l'image AVANT de sauver le RAW afin d'en réduire le bruit. Cela a pour effet non seulement de supprimer le bruit - résultat escompté par Nikon - mais au passage de retirer quelques étoiles dont le signal est pris pour du bruit... il semble que la balance des blancs soit aussi affectée par ce traitement, Nikon semblant rééquilibrer les 3 couleurs fondamentales. Aussi cette procédure risque-t'elle de ne pas donner de bons résultats pour des photos de nuit.

Il faudra profiter d'une nuit où la lune est visible, la prendre en photo (sans qu'elle soit saturée) et de calculer les coefficients sur une zone blanche de la lune (sélectionner une zone avec la souris, puis cliquer dans le rectangle avec le bouton de droite puis sélectionner l'option Statistiques).

Influence de l'offset

Les exemples qui suivent ont été réalisés avec un Canon EOS 1000D non défiltré, le 4 juillet 2010, un jour de très beau temps.

Sans soustraire l'offset

Vitesse Moyenne R Moyenne V Moyenne B Coef R Coef B
1:4000 355.1 465.0 405.9 1.31 1.15
1:3200 377.8 512.9 440.6 1.36 1.16
1:2500 399.1 557.7 473.1 1.40 1.18
1:2000 438.7 640.9 533.1 1.46 1.20
1:1600 477.3 721.9 591.2 1.51 1.22
1:1250 529.6 834.2 670.9 1.58 1.24
1:1000 602.4 988.8 781.7 1.64 1.26
1:800 690.4 1172.2 915.7 1.70 1.28
1:640 796.8 1391.5 1072.2 1.75 1.30
1:500 928.5 1663.4 1266.8 1.79 1.31

On se rend compte que les coefs R et B augmentent avec la durée d'exposition. Un écart de près de 40% dans le rouge et de 15% dans le bleu entre 1:4000e et 1:500e !

Avec soustraction de l'offset

Vitesse Moyenne R Moyenne V Moyenne B Coef R Coef B
1:4000 98.7 208.5 149.5 2.11 1.39
1:3200 121.3 256.4 184.2 2.11 1.39
1:2500 142.6 301.2 216.7 2.11 1.39
1:2000 182.2 384.4 276.7 2.11 1.39
1:1600 220.8 465.5 334.7 2.11 1.39
1:1250 273.1 577.7 414.5 2.12 1.39
1:1000 345.9 732.4 525.3 2.12 1.39
1:800 433.9 915.8 659.3 2.11 1.39
1:640 540.3 1135.1 815.8 2.10 1.39
1:500 672.1 1407.0 1010.4 2.09 1.39

Les valeurs sont stables à haute vitesse. La dégradation aux temps de pose plus élevés est certainement due au bruit thermique, c'est pourquoi on ne retient que la pose à haute vitesse, ici 1:4000e.

On en déduit donc pour mon EOS 1000D que :

R = 2.11 V=1.00 B=1.39

Pour le reste des mesures sur le Canon EOS 1000D voir ici.

Influence de la surface blanche

J'ai pris des photos de surfaces blanches différentes :
- un papier Canson blanc
- le crépi blanc (cassé) de ma maison
- le cadre en PVC blanc de ma fenètre
- une feuille de papier pour imprimante
- un nuage qui passait par là

Je pensais avoir des coefficients assez similaires, sauf peut être pour le crépi, mais voici les résultats, bien sûr en soustrayant l'offset.

Surface Coef R Coef V Coef B
Canson C à grain 2.11 1.00 1.39
Crépi blanc cassé 2.01 1.00 1.51
PVC blanc 2.14 1.00 1.43
Papier imprimante 2.20 1.00 1.28
Nuage 2.31 1.00 1.33

On constate des écarts assez importants, de +/- 5% dans le rouge par rapport au papier Canson, et de +/- 8% dans le bleu.

Le papier pour imprimante (ou photocopieuse) renvoie beaucoup de bleu (d'où un petit coefficient) afin de le rendre plus "blanc" à l'oeil. C'est pourquoi ce type de papier n'est pas préconisé pour faire ce test. Le papier Canson "C à grain" est fabriqué avec des normes très strictes et stables dans le temps. C'est avec ce type de papier qu'il est préférable de faire le test.

Influence de la sensibilité ISO

Normalement le réglage de la sensibilité n'a pas d'influence. C'est ce que j'ai vérifié ici en prenant des photos à 100, 200, 400, 800 et 1600 ISO, là encore après soustraction de l'offset.

ISO Moyenne R Moyenne V Moyenne B Coef R Coef B
100 96.1 199.5 138.6 2.11 1.39
200 197.9 409.9 285.4 2.11 1.39
400 377.5 785.5 544.8 2.12 1.40
800 767.3 1591.8 1105.0 2.11 1.40
1600 1479.6 3060.8 2126.2 2.11 1.39

Aucun écart significatif n'est à noter. On peut donc régler la sensibilité à la valeur nécessaire et suffisante pour que la photo de la feuille blanche soit correctement exposée, ni sous ni sur exposée.

Influence de la hauteur du Soleil

Plus le soleil est bas dans le ciel, plus les rayons lumineux doivent traverser d'atmosphère, la lumière rougit... on note ainsi une diminution du facteur Rouge et au contraire une augmentation du facteur Bleu.

Heure Élévation Coef R Coef B
16:45 43° 2.11 1.39
18:00 35° 2.09 1.42
18:30 30° 2.07 1.44
19:00 25° 2.04 1.48
19:30 20° 2.00 1.53

L'idéal est donc de faire sa mesure quand le soleil est à l'élévation moyenne, soit à peu près 45° dans le ciel (pour moi vers 16h45 aujourd'hui).

Influence du défiltrage

Le défiltrage revient à laisser passer une plus grande partie des rayons lumineux rouges qui autrement étaient bloqués. Les fréquences vertes et bleues sont quasiment inchangées. C'est pourquoi le coef R d'un APN "entièrement défiltré" doit être plus petit que le coef R de l'APN "baaderisé" qui lui même sera plus petit que le coef R de l'APN d'origine :

R défiltré < R baaderisé < R origine

Pour le bleu, on ne peut pas dire grand chose.

Influence de la source lumineuse

La source lumineuse a une grande influence sur le résultat :

Source Coef R Coef B
Éclairage naturel
en plein soleil 2.11 1.44
à l'ombre (à l'extérieur) 2.30 1.28
à l'ombre (à l'intérieur) 2.22 1.33
Éclairage artificiel
lampe à incandescence 1.01 3.35
lampe halogène 1.11 2.88
lampe basse consommation 1.06 3.98
tube néon 1.20 3.08

Comparaisons

J'ai pris une photo réelle afin de comparer les différents coefficients :

Image RAW non traitée - - orig

Image JPG associée

Rendu par DPP.
La balance des blancs était réglée sur Auto lors de la prise de vue. L'image est trop verte par rapport à la scène que j'avais "réellement" sous les yeux.

- - dpp

Soleil

Canson C à grain

Rendu par Iris comme pour les suivantes.
Les couleurs respectent mieux la scène originale.

2.11 1.39 211139

Soleil

Crépi blanc cassé

2.01 1.51 201151

Soleil

PVC blanc

2.14 1.43 214143

Soleil

Papier imprimante

2.20 1.28 220138
Nuage pris directement en photo 2.31 1.33 231133

Jour ensoleillé

À l'ombre (à l'extérieur)

2.30 1.28 230128

Jour ensoleillé

À l'ombre (éclairage naturel, à l'intérieur)

2.22 1.33 222133
Lampe à incandescence 1.01 3.35 101335
Lampe halogène 1.11 2.88 111288
Tube néon 1.20 3.08 120308
Lampe basse consommation 1.06 3.98 106398

Il est assez difficile de faire la différence entre les différentes combinaisons obtenues à partir de la lumière du jour tant les nuances sont subtiles, quelle que soit la surface blanche choisie. On peut dire que du moment que la surface photographiée est blanche à l'oeil et que l'éclairage est complètement naturel, le résultat sera satisfaisant. Par contre les lumières artificielles sont visiblement à proscrire !

De même, une seule décimale suffit pour décrire les coefficients RVB. Jouer avec la deuxième ou la troisième décimale est superflu.

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