Tout savoir sur le HDR (High Dynamic Range)

Le monde de l’Ultra HD propose la conjonction de quatre paramètres importants qui concernent aussi bien la caméra que le diffuseur. Ce sont : la définition, la dynamique, l’espace colorimétrique (palette des couleurs) et la fréquence des images (50p, voire plus). Aujourd’hui, c’est la dynamique qui fait l’objet des progrès les plus spectaculaires, notamment avec le mode HDR. Il offre une qualité d’image affichant plus de dynamique, soit une image plus riche, non pas en détails, mais en niveau de lumière, en graduation. On se rapproche des performances de l’argentique. Pour ce faire, Sony, qui contrôle la chaîne complète capture-diffuseur, a choisi d’appliquer une courbe de transfert logarithmique.
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La courbe de transfert, la clé du système

Entre la caméra et le diffuseur, il faut donc coder le signal HDR pour le transmettre. Pour comprendre le procédé employé, comparons-le au tube cathodique. En effet, nous savons que la reproduction de l’image sur un tube cathodique n’est pas linéaire et qu’il enterre les basses lumières, c’est-à-dire qu’il n’y a pas de proportionnalité régulière entre le signal électrique reçu et sa traduction en brillance sur l’écran. Il faut donc corriger le signal avant affichage de l’image. On utilise une courbe de transfert, propre au tube, pour corriger cette non-linéarité de reproduction. C’est la courbe de gamma 2.2 qui est utilisée. On fait subir au signal une correction logarithmique de gamma à l’émission, tandis que l’écran applique une courbe de transfert inverse pour délogarithmer le signal reçu et le linéariser. Pour le HDR, on utilise un processus similaire, car on ne peut pas retransmettre en linéaire la forte dynamique de la caméra dans le signal vidéo sans un codage spécifique pour reproduire les écarts de brillance et permettre de voir les dégradés de couleurs dans les hautes lumières. Comment fait-on alors ?

Les traitements

Avec une caméra dotée d’un filtre de Bayer, on va « débayeriser » le signal et lui appliquer une courbe logarithmique comprise entre 0 et 1 000, sur laquelle on fait l’étalonnage avant de le transmettre. Ensuite, à la réception, on applique la courbe inverse pour relinéariser l’ensemble. Ce codage devrait être normalisé prochainement par le SMPTE ou d’autres organismes. C’est en cours et le SMPTE a déjà normalisé la courbe de transfert de dégradé p-q de Dolby, mais pour des applications non broadcast. À terme, Sony, qui préconise le log, intégrera dans son système celle qui sera retenue et standardisée. Par ailleurs, notons que, pour afficher ces écarts de brillance, il faut que l’écran soit beaucoup plus lumineux que les modèles standards, dits SDR (Standard Dynamic Range).

14 diaph, la référence

Sony, en tant que constructeur, considère que le HDR correspond à une chaîne d’images, depuis leur captation (caméra) jusqu’à leur diffusion (écran). Pour bénéficier de cette forte dynamique, il faut déjà que la caméra capte plus de niveaux de lumière. Petit à petit, on constate que les caméras qui, à l’origine, offraient 8 diaph1/2, offrent maintenant des hyper-gammas, des courbes Log, etc. (Sony F55, F65, Alexa…). En revanche, peu d’appareils photos affichent 14 diaph, valeur de référence de la dynamique, employée dans le langage des chefs opérateurs. Avec cette dynamique, on se rapproche des résultats obtenus avec de la pellicule argentique. Cela est à comparer à la dynamique habituellement restituée de 7 diaph. sur les téléviseurs, voire moins dans les salles de cinéma, d’où un impact sur les diffuseurs et la qualité de l’image reproduite.

Label HDR

Cet écart entre les caméras et les afficheurs et, en général, entre les mécanismes de reproduction d’images, fait qu’il n’y a pas de chaînage HDR. En effet, si la captation est potentiellement HDR, la restitution doit l’être aussi. On doit transporter cette dynamique jusqu’au moniteur, car aujourd’hui ce sont les étalonneurs qui favorisent soit les basses, soit les hautes lumières. On trouve, aujourd’hui, une nouvelle génération d’écrans, chez Sony, Dolby ou Technicolor, capables de reproduire la forte dynamique du signal reçu. Ils sont labellisés HDR pour reproduire tout le réalisme de l’image, un label «HDR ready » pourrait-on même dire, tant que la norme n’est pas publiée !

La démonstration

Dans la pratique, un téléviseur HDR bénéficie à la fois des modes SDR et HDR en fonction de l’étalonnage du signal reçu. Au micro-salon, la démonstration faite par Sony affichait simultanément la même image, traitée HDR à l’acquisition, sur deux moniteurs. Il disposait à gauche d’un moniteur 4K OLED (HDR), le BVM X300, réglé sur 1 000 nits compatible avec la courbe de transfert Slog3 logarithmique qui va de 0 à 1000, et à droite, d’un moniteur standard LCD Full HD (SDR), le BEM E250, affichant 100 nits et une courbe de transfert gamma 2.2 très serrée et très pentue, allant de 0 à 100. On distinguait immédiatement la qualité de reproduction des hautes lumières sur l’écran gauche.


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