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Raw? Comprendre le format RAW
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Raw? Comprendre le format RAW

Qu'est-ce que le format RAW ?

Par Volker Gilbert {nomultithumb}

 


La capture linéaire
Bien exposer vos fichiers RAW (1)
Bien exposer vos fichiers RAW (2)
La balance des blancs (page 2)
Format RAW et bruit numérique (page 2)


La capture linéaire

Une des plus grandes différences entre la photographie argentique et numérique est leur réponse à la lumière. Le film photographique est contraint d’imiter la perception de l’œil. Cette dernière fonctionne selon un mode non linéaire. Si vous exposez l’œil humain au double de la quantité de lumière initiale, celui-ci ne perçoit pas cette quantité comme étant deux fois initiale. L’œil intègre une compensation automatique qui nous protège d’une surstimulation dangereuse ayant pour effet l’aveuglement dans le cas d’une trop forte dose de lumière. Cette aptitude permet en outre une adaptation rapide aux niveaux de luminosités variables. Le film, ayant pour but de reproduire l’image perçue par l’œil, présente une courbe quasi linéaire pour les tons moyens et un "aplatissement " pour les hautes lumières et les ombres.
Les capteurs numériques présentent, eux un mode de fonctionnement linéaire. Le capteur s’obstine à collecter les photons sans appliquer la moindre compensation lors de la capture. Le niveau de pixel est donc proportionnel à l’illumination qu’il a reçu : de ce fait nous obtenons une foule d’informations dans les hautes lumières et très peu dans les basses lumières.

Si nous partons d’une latitude d’exposition (dynamique) d’un capteur numérique de six diaphragmes, et d’un codage de l’information couleur sur 12 bits/couche (4096 niveaux de pixels), le diaphragme le plus lumineux occupe la moitié, 2048 niveaux, le diaphragme suivant 1024, le troisième 512, le quatrième 256 et le cinquième 128 niveaux. La zone la plus sombre représenterait finalement que 64 niveaux, comme le démontre la figure suivante.


Bien que ce nombre est suffisant en soi, n’oubliez pas qu’il faut éclaircir ces régions, enterrées et sans détails. Il convient de compenser cette distribution inégale des niveaux, via l’application, manuelle ou automatique, d’une courbe de transfert. Cette dernière redistribue (étire) les valeurs dans les basses lumières, opération qui ne reste jamais sans conséquence : on risque d’introduire un effet de bande fort disgracieux.

Deux fois la même image. Développement dans Bibble utilisant le mode linéaire et ouverture dans Photoshop (image de gauche), puis attribution du profil "Nikon D200_Bibble_linear", établi à l'aide du logiciel GMB Profilemaker ( image de droite).

Attribution d'un profil intégrant une courbe de transfert, dans Photoshop CS2.

Vu sous cet angle, il est évident qu’une profondeur d’analyse la plus élevée possible est bénéfique non seulement pour étendre la dynamique (pour capter des informations sur 7, voir 8 diaphragmes), mais également pour augmenter le nombre de niveaux dans les parties les plus sombres de l’image. Les 14 bits (Fuji S3 Pro), voire 16 bits/couche (dos numériques MF) ne peuvent donc qu’apporter un meilleur rendu dans les basses lumières. Selon le tableau, un enregistrement sous 14 bits/couche à la prise de vue vous fait gagner l’équivalent de 2 diaphragmes, ce qui n’est pas insignifiant ! J’invite les fabricants à travailler dans ce sens, plutôt que d’augmenter le nombre de pixels sur un capteur de taille identique : cela ne fait que monter le bruit (et diminuer la dynamique exploitable) d’un capteur !

Mais revenons au format RAW, format que l’appareil utilise invariablement pour enregistrer les informations à provenance du capteur. Comme ce format de fichier n’est pas exploitable en direct, l’appareil ou le logiciel de conversion effectuent une conversion des données vers un format « universel », tels les formats TIFF et JPEG. Et là, les différences sont de taille. Lorsque l’appareil effectue cette opération à la volée, juste avant d’enregistrer un fichier JPEG sur la carte-mémoire de l’appareil, vous n’avez que peu de contrôle sur le choix des paramètres. L’appareil entérine vos choix pour la balance des blancs, le contraste, l’accentuation, la saturation des couleurs et l’espace de travail, tout en supprimant environ un tiers des nuances de votre fichier brut, d’une manière aveugle.

Pour préserver tout le potentiel de votre image, seule la conversion dans un logiciel dédié s’impose : le logiciel de conversion. Pour illustrer cette différence entre un fichier linéaire et un fichier ayant subi une correction du gamma via une courbe de transfert, j’ai développé un fichier NEF du Nikon D200 à l’aide du logiciel Bibble, qui permet un développement linéaire. J’ai ensuite ouvert l’image (cf. ci-dessus) dans Photoshop (image de gauche) et attribué un profil linéaire qui intègre, lui, une courbe de transfert (image de droite). Le résultat est une image qui retrouve ses couleurs d’origine ainsi que d’une tonalité appropriée. Cette procédure est d’ailleurs presque toujours automatisée puisque la quasi-totalité des logiciels de conversion effectue cette conversion du gamma linéaire (1) vers un gamma de 2,2 sans notre intervention.

Bien exposer vos fichiers RAW (1)

Les formats JPEG et RAW mènent aujourd’hui une coexistence des plus pacifiques au sein des réglages de nos boîtiers reflex numériques. De nombreux photographes utilisent l’enregistrement simultané des deux pour obtenir un fichier « prêt à consommer » (JPEG) et un deuxième (RAW), facilitant par ses réserves en qualité une éventuelle postproduction, même intensive. Cependant il n’est pas facile de rendre justice aux deux formats pour ce qui concerne une exposition appropriée car les deux formats nécessitent là un traitement différencié.

La même prise de vue, en enregistrement simultané RAW+JPEG, à gauche : l’image JPEG et à droite, le fichier RAW, développé dans Camera RAW 3.4


Le format JPEG généré par l’appareil est en réalité un fichier RAW, pour lequel le dématriçage est effectué par le processeur d’image interne, avec pour but de créer une image immédiatement exploitable. L’appareil procède à l’interpolation couleur (l’interprétation des données obtenues à partir de la matrice Bayer employée dans la plupart des appareils), à la compensation du gamma (de 1.0 vers 2.2), à une conversion des données colorimétriques du profil ICC natif vers un espace de travail (sRVB ou Adobe RVB 1998) ainsi qu’à l’application d’un certain nombre de paramètres (netteté, contraste, saturation…) afin d’obtenir une image aussi attractive que possible. Parallèlement, le processeur d’image convertit les 4096 niveaux par couche (pour une image RAW codée sur 12 bits) en 256 niveaux (8 bits) par couche d’un fichier JPEG. Il est évident qu’on perd au passage un certain nombre d’informations. Le fichier ainsi généré ne dispose que d’un potentiel limité pour la postproduction. Il est par exemple illusoire d’effectuer des modifications importantes de la balance des blancs ou de l‘exposition sans que le résultat final en souffre, le JPEG n’est pas fait pour être retravaillé, utilisez-le tel quel ! Son exposition s’apparente à celle d’un film inversible. Comme avec ce dernier, une surexposition se soldera par des hautes lumières grillées et irrécupérables, une sous-exposition risque de transformer vos ombres en une agglomération noire, sans détail. Vous devez donc impérativement prévisualiser le résultat final lorsque vous appuyez sur le déclencheur, ce qui nécessite de solides connaissances en photo….

Le format RAW que vous récupérez sur votre ordinateur, n’a pas subi de modification dans l’appareil et préserve tout son potentiel, afin d’être développé dans un logiciel de conversion spécialisé, qui offre souvent des outils très perfectionnés pour « sculpter » votre image selon vos goûts. Le fichier possède donc une grande richesse en informations (il est toujours codé en 12 bits/couche), le logiciel de conversion travaille lui souvent en 15 ou 16 bits/couche et dans un espace colorimétrique intermédiaire, linéaire et large (le gamut d’un appareil numérique haut de gamme dépasse largement celui de l’espace Adobe RVB 1998), ce qui favorise la qualité finale. L’exposition du fichier RAW est donc beaucoup moins critique que pour le format JPEG et tolère une surexposition d’environ 1 à 1.5 EV, tout en préservant davantage de détails dans les basses lumières. Cette tolérance du format RAW pourrait nous amener à le considérer comme un négatif (couleur) numérique, qui est comme son homologue argentique très tolérant vis-à-vis d’une surexposition, mais moins face à une sous-exposition. Mais ne rêvons pas, le format RAW est encore loin de la fabuleuse souplesse d’un film négatif couleur, coqueluche de nombreux photographes.

Une preuve de la souplesse du format RAW. Le même sujet, en deux expositions , d'un écart de presque 3 diaphragmes (EV). Appareil Canon EOS 1DS, développement dans Bibble 4.7, à gauche : F5.6, 1/640s, ISO 320 ; à droite : F5.6, 1/100s, ISO 320.

Cette particularité du format RAW peut nous amener à considérer ses fichiers tels des "bruts de scan". Ces derniers doivent enregistrer toutes les nuances de l’original (du sujet photographié), le photographe décidera lors de la conversion quelles informations il souhaite garder. Nous nous éloignons donc de l’esprit du film diapositive, le RAW doit être capable d’enregistrer un maximum d’information avec la meilleure qualité possible.

Ces extraits agrandis à 100% des images précédentes prouvent que la souplesse du format RAW est toute relative : l'image sous-exposée dispose d'un niveau de bruit élévé, l'image surexposée est par contre parfaitement lisse, sans bruit ! Il vaut donc mieux surexposer que sous-exposer une image....

La plupart des photographes ont intériorisé qu’il vaut mieux ne pas surexposer une image, les zones ainsi écrêtées étant irrécupérables. Une sous-exposition modérée s’avère souvent efficace pour éviter un écrêtage éventuel des hautes lumières. Mais je suis intimement convaincu que cette stratégie s’avère plutôt contre-productive lorsque vous utilisez le format RAW. Voici les deux arguments pour vous faire changer d’avis :

  • Nous avons vu dans le chapitre précédent que l'appareil capte l'information selon un mode de fonctionnement linéaire. Le mode linéaire fait que les hautes lumières du sujet occupent davantage de niveaux de pixel que les ombres qui se contentent, elles, de quelques niveaux peu nombreux. Dans le cas d'un appareil reflex numérique et un sujet avec une dynamique sur six diaphragmes, la zone d'exposition la plus lumineuse rassemble 2048 niveaux contre seulement 64 niveaux pour la zone la plus sombre. Si vous sous-exposez votre sujet vous déplacez les pixels vers les zones les moins riches en niveaux ce qui vous fait perdre un grand nombre d'informations utiles.
  • Une sous-exposition augmente le niveau de bruit d'une image. Et ce bruit devient très visible dans les ombres que vous tentez d'éclaircir par la suite. Gare aux artefacts !
    Il est donc nettement plus intéressant de surexposer ses images autant que possible, sans pourtant écrêter les hautes lumières. Vous pouvez ainsi optimiser la dynamique du capteur et minimiser le bruit, avec des résultats parfois spectaculaires. Une image prise à une sensibilité ISO 800 et bien exposée (cela veut dire exposée correctement) possède souvent un niveau de bruit inférieur à une autre, sous-exposée et prise à ISO 200…..

Toute la difficulté repose donc dans l’exposition de nos chers fichiers RAW. Vu les progrès constatés sur les afficheurs LCD de nos appareils reflex récents, on pourrait penser que ce contrôle d’exposition se fait « en direct », en consultant l’image sur l’écran arrière de l’appareil. Et non, ce n’est pas une stratégie adapté : malgré leur aspect flatteur, ces aperçus ne sont pas suffisamment fidèles pour afficher les couleurs, la luminosité ou le contraste de nos images ! La seule façon de contrôler l’exposition reste actuellement l’histogramme, outil trop souvent encore caché dans les profondeurs du menu utilisateur. Pourtant, l’histogramme est capable de donner de précieux renseignements quant à la distribution des pixels de l’image et il affiche souvent les hautes lumières grillées (écrêtées) via un affichage clignotant desdites zones. L’histogramme se réfère à une image finalisée dans l’appareil et affiche ainsi l’aspect visuel et la répartition des pixels d’un fichier JPEG codé en 8 bits/couche. On distingue deux types d’affiche pour cet histogramme :

  • L’histogramme de luminance n’affiche qu’une moyenne des valeurs des trois couches. Ce type d’histogramme est encore très répandu tout en étant moins précis que l’histogramme RVB. L’histogramme de luminance est, hélas, incapable de distinguer un écrêtage d’une seule couche (provoqué par exemple d’une teinte très saturée) d’une surexposition affectant deux ou trois couches…
  • Ce dernier point est à l’avantage de l’histogramme RVB qui affiche les informations sur trois graphiques séparés selon les couches rouge, vert et bleu. L’histogramme RVB est à ce jour encore réservé à l’élite des appareils reflex numériques.

Pour le format RAW, sa précision devient toute relative et vous devez interpréter ses données en tenant compte des particularités de votre capteur. Certains appareils permettent une récupération aisée des zones surexposées (par exemple les Canon 1D Mk2, 1DS et 1Ds Mk2), d’autres sont intransigeants et ne permettent de récupérer qu’une très légère surexposition….
«Exposer à droite" (d'après l'expression anglaise "expose to the right") est la méthode pour exploiter au mieux la dynamique du capteur et le chapitre suivant y sera entièrement dédié.

Bien exposer vos fichiers RAW (2)

Nous l’avons évoqué dans l’article précédent : il vaut mieux éviter de sous-exposer de façon systématique nos photos numériques pour éviter une surexposition. Bien que moins grave qu’une perte de détails dans les hautes lumières, la sous-exposition révèle le bruit d’une image et risque de faire apparaître un effet de « banding » et des aplats disgracieux dans les parties les plus sombres de nos images. Afin de mieux exploiter toute la dynamique du capteur, le photographe peut exposer le "plus à droite possible", sans toutefois tomber dans l’autre extrême : l’annihilation brutale des informations dans les hautes lumières. Cette stratégie, appelée outre-atlantique "expose to the right", tente de placer les détails sombres d’une image le plus possible vers le milieu de la gamme dynamique, plus riche en niveaux.

Canon EOS 1DS, EF 4/70-200 L USM, F10, 1/4s, 160 ISO

Mais au lieu de vous précipiter à appliquer une correction d’exposition de 2/3 où 1EV, je tiens à vous dire que la méthode décrite est loin d’être aussi simple qu’elle ne parait. Tout dépend de votre appareil photo numérique, votre mode de mesure et du contraste de votre sujet.

  • « Exposer à droite » ne fonctionne pas aussi bien avec tous les appareils. En règle générale, plus un capteur est grand, plus il sera adapté à cette gymnastique. Les capteurs CMOS « full frame » des appareils Canon 1Ds, 1D Mk II, 1DS Mk II et 5D s’y prêtent à merveille, suivis des capteurs CMOS de format APS-C du même fabricant, les appareils enregistrant les fichiers RAW au format .CR2 rendant de meilleures performances. Les appareils Nikon disposent d’une marge de manœuvre réduite, leurs capteurs CMOS et CCD de format APS-C n’offrent qu’une dynamique plus étroite. Suivent les capteurs du format 4/3, handicapés par leur petite taille…
  • Les appareils reflex numériques modernes possèdent tous un système de mesure perfectionné, censé nous épargner des images mal exposées. En pratique, ils sont souvent calés en sous-exposition pour éviter les hautes lumières grillées. Il est possible d’utiliser une cellule à main, en connaissance de cause : une fois déterminée la "vraie sensibilité" de nos capteurs. Car ces derniers oscillent autour de la sensibilité nominative, avec une tolérance plus au moins grande (un bon exemple : l’EOS 5D, plus sensible d’environ 2/3 de diaphs ou les appareils Nikon, souvent un peu moins sensibles). En outre, l’histogramme de l’appareil n’offre pas toujours la précision requise pour évaluer l’exposition. Les histogrammes « composite » qui affichent une moyenne des valeurs de pixels des trois couches sont à écarter d’emblée. Bien qu’ils fonctionnent plutôt bien lorsque le sujet dispose d’une distribution des couleurs équilibrée, ils ne savent pas détecter l’écrêtage du à une dominante colorée. Il est ainsi possible de découvrir une surexposition forte d’une ou plusieurs couches une fois le fichier ouvert dans votre logiciel de conversion, tandis que l’histogramme de l’appareil ne détecte aucune anomalie. Les histogrammes RVB affichent la répartition des pixels couche par couche (RVB, trois couches) et se prêtent ainsi à la surexposition contrôlée. Mais ils ne se trouvent que sur les appareils haut de gamme…
  • Le contraste de la scène photographiée joue également un rôle important. Plus le contraste est fort, plus il sollicite toute la dynamique du capteur. Et dans ce cas il n’existe qu’une seule exposition « idéale » - la surexposition contrôlée est donc identique à l’exposition proposée par le système d’exposition d’un bon appareil. Si le contraste de la scène est inférieur à la dynamique du capteur (moins de six diaphragmes), vous pouvez appliquer la méthode "exposer à droite".

La technique dans la pratique

Pour apprendre à exposer à droite, vous pouvez prendre une série de vues « bracketées » en surexposition (par exemple +1/3, +2/3, +1 EV) à partir de la valeur d’exposition proposée par votre appareil photo. Cette méthode vous procure la sécurité de détenir la bonne exposition parmi celles effectuées. Mais pour économiser de l’espace sur votre carte de stockage, vous pouvez simplement faire un essai autour de +0.5 à +1.5 EV en scrutant l’histogramme au dos de l’appareil. Activez l’avertissement de surexposition qu’offre votre appareil : seules doivent clignoter les hautes lumières de votre image (hautes lumières spéculaires), avec un des capteurs full frame de chez Canon, vous pouvez aller (un peu) plus loin.

Exposition normale

Exposition à droite

 

Les deux premiers exemples ci-dessous ont été pris à main levée (ce qui explique le cadre différent pour chaque vue) et vous montrent les limites de la technique. L'image exposée selon notre méthode (+1 2/3 EV par rapport à l'image exposée normalement) perd des détails dans les hautes lumières (nuages) qui restent irrécupérables. Pourtant le Nikon D200 utilisé n'affichait que peu de zones écrêtées. La surexposition du deuxième exemple, pris avec un Canon EOS 1DS, ne montre aucun effet néfaste. Bien que nous ayons réduit le bruit dans les ombres, les hautes lumières restent détaillées ! Le troisième exemple, pris sur un trépied ne montre, malgré l'écart de deux diaphragmes, pas la moindre différence visuelle entre les deux photos...

1er exemple - Nikon D200 NEF  
exposition "normale", F11, 1/100s exposition à droite, F11, 1/40s

 

2ème exemple - Canon EOS 1Ds RAW-TIFF
exposiition normale : F11, 1/250s
exposition à droite, F11, 1/125s

 

3ème exemple - CANON EOS 1D RAW-CR2
exposition normale : F11, 1/250s
exposition à droite, F11, 1/60s

L’import de vos photos dans un catalogueur tel I View Media Pro ou un logiciel de conversion montre des résultats à première vue…décevants. Les images ont visiblement besoin d’être retravaillées pour devenir exploitables ! Adobe Camera Raw, probablement le logiciel de conversion le plus utilisé, dispose de puissants automatismes qui tentent coûte que coûte de récupérer une mauvaise exposition. Mais cette correction automatique homogénise l’apparence des photos prises avec différents paramètres d’exposition ce qui rend leur comparaison impossible. Il est donc nécessaire de désactiver les paramètres par défaut en les remplaçant avec un réglage entièrement manuel des paramètres de l’onglet Réglages. Voici la démarche à suivre :

Ouvrez une image RAW dans Camera Raw. Par défaut, le logiciel procède à une correction automatique assez flatteuse.

Désactivez ensuite les réglages automatiques et remplacez les par les réglages manuels par défaut :

Enregistrez ensuite ces réglages (Paramètres, puis Par défaut de Camera Raw). Ce réglage manuel sera sollicité chaque fois que vous ouvrez des fichiers RAW en provenance de cet appareil, la procédure sera à répéter pour chacun de vos appareils.

Si vous utilisez d'autres logiciels de conversion, vous pouvez faire confiance à ce que vous voyez, Camera Raw est le seul logiciel qui applique cette optimisation sans demander votre accord....

Maintenant que vous avez importé vos fichiers RAW soigneusement exposés selon la maxime "exposer à droite", vous devez leur rendre un aspect équilibré, plus dense. Camera Raw dispose d'outils particulièrement adaptés, Exposition et Luminosité, qui y arrivent très bien. L'outil exposition éclaircit ou assombrit tous les pixels de votre image. Déplacez d'abord le curseur à gauche tout en surveillant l'avertissement d'écrêtage pour les tons clairs (raccourci O) et les tons foncés (raccourci U). Vous devez faire disparaître les zones surexposées (affichées en rouge) tout en évitant les zones sous-exposées (affichées en bleu). Ce dernier point est très important et avec l'outil Luminosité vous pouvez diminuer la luminosité de votre image tout en épargnant les pixels sombres et clairs de votre image, Luminosité affecte surtout les tons moyens.

Bibble est un autre logiciel très doué pour récupérer une surexposition. L'outil Highlight Recovery (HR), est capable de récupérer des détails dans les hautes lumières (sinon ils sont perdus à jamais). HR reste cependant un peu capricieux d’emploi et génère parfois des hautes lumières de couleur magenta, phénomène que le logiciel tente de combattre à l’aide des options Threshold (seuil) et Monochromatic recovery (récupération monochromatique) pour réduire les artefacts lorsque l’image ne possède que deux couches écrêtées. Les autres logiciels, DxO Optics Pro excepté, n'offrent pas la même souplesse pour récupérer les hautes lumières, mais il vous incombe de faire vos propres tests avec votre appareil et votre logiciel de conversion favori !

Pour un bruit plus discret

Comme mentionné plus haut, exposer « juste » vous permet d’exploiter toute la plage dynamique de votre capteur avec pour résultat un bruit moindre ainsi que des artefacts réduits dans les ombres. Parfois, ce gain n’est pas aussi spectaculaire qu’on le souhaite, mais il est bien réel. L’exemple suivant montre deux images, la première prise selon les indications de la cellule interne et une deuxième surexposée de deux diaphragmes (exposée à droite). On aperçoit très bien l’absence de bruit dans la couche bleue pour l’image exposée à droite (rangée du bas), malgré une sensibilité ISO peu sensible au bruit...

Exposer à droite – une option gagnante ?

Malheureusement, je ne peux pas vous répondre à cette question. Tout dépend de votre mode de travail, votre appareil photo et votre logiciel de conversion. Choisir le format RAW comme format d’enregistrement représente déjà une démarche décisive pour obtenir des fichiers de grande qualité. Passer à une vitesse supérieure signifie de changer votre façon de travailler :

Vous devez comprendre l’histogramme et savoir l’interpréter.
La bonne exposition est cruciale ce qui implique souvent de débrayer les automatismes de votre appareil photo.
L’aperçu de votre fichier brut n’est point attractif et seule l’image finale est présentable. Il est ainsi difficile de justifier face à un client que vous prenez des « Polaroid » calés en surexposition…
Les avantages d’"exposer à droite" ne sautent pas toujours aux yeux et son emploi se justifie uniquement pour des images nécessitant une qualité maximale pour une postproduction intensive.