Balance de couleur - Color balance

La moitié gauche montre la photo telle qu'elle provient de l'appareil photo numérique. La moitié droite montre la photo ajustée pour rendre une surface grise neutre dans la même lumière.

En photographie et en traitement d'images , la balance des couleurs est l'ajustement global des intensités des couleurs (généralement les couleurs primaires rouge, vert et bleu ). Un objectif important de cet ajustement est de rendre correctement des couleurs spécifiques, en particulier des couleurs neutres. Par conséquent, le procédé général est parfois appelé la balance des gris , l' équilibre neutre , ou la balance des blancs . La balance des couleurs modifie le mélange global des couleurs d'une image et est utilisée pour la correction des couleurs . Des versions généralisées de la balance des couleurs sont utilisées pour corriger les couleurs autres que les neutres ou pour les modifier délibérément pour l'effet.

Les données d'image acquises par des capteurs - qu'il s'agisse de capteurs d'images à film ou électroniques - doivent être transformées des valeurs acquises en de nouvelles valeurs appropriées pour la reproduction ou l'affichage des couleurs. Plusieurs aspects du processus d'acquisition et d'affichage rendent une telle correction des couleurs essentielle - notamment que les capteurs d'acquisition ne correspondent pas aux capteurs de l'œil humain, que les propriétés du support d'affichage doivent être prises en compte et que les conditions de visualisation ambiantes de l'acquisition diffèrent des conditions de visualisation de l'écran.

Les opérations de balance des couleurs dans les applications d' édition d'images courantes opèrent généralement directement sur les valeurs de pixel des canaux rouge, vert et bleu , sans égard à tout modèle de détection ou de reproduction des couleurs. En photographie argentique, la balance des couleurs est généralement obtenue en utilisant des filtres de correction des couleurs sur les lumières ou sur l'objectif de l'appareil photo.

Balance des couleurs généralisée

Exemple d'équilibrage des couleurs

Parfois, l'ajustement pour garder les neutres neutres est appelé balance des blancs , et l'expression balance des couleurs fait référence à l'ajustement qui fait en plus que les autres couleurs d'une image affichée semblent avoir la même apparence générale que les couleurs d'une scène originale. Il est particulièrement important que les couleurs neutres (gris, neutre, blanc) d'une scène apparaissent neutres dans la reproduction.

Équilibre psychologique des couleurs

Les humains ont un rapport plus critique avec les tons chair qu'avec les autres couleurs. Les arbres, l'herbe et le ciel peuvent tous être éteints sans souci, mais si les tons de chair humaine sont « éteints », alors le sujet humain peut avoir l'air malade ou mort. Pour résoudre ce problème critique d'équilibre des couleurs, les primaires tricolores elles-mêmes sont formulées pour ne pas s'équilibrer comme une véritable couleur neutre. Le but de ce déséquilibre primaire des couleurs est de reproduire plus fidèlement les tons chair sur toute la plage de luminosité.

Estimation et adaptation de l'illuminant

Une photographie de paysage marin à Clifton Beach , South Arm , Tasmanie , Australie. La balance des blancs a été ajustée vers le côté chaud pour un effet créatif.

Photographie d'un ColorChecker comme prise de vue de référence pour les ajustements de la balance des couleurs.

Deux photos d'un immeuble de grande hauteur prises à une minute d'intervalle avec un appareil photo d'entrée de gamme. La photo de gauche montre une balance des couleurs "normale", plus précise, tandis que le côté droit montre une balance des couleurs "vive", des effets intégrés à l'appareil photo et aucune post-production à part un fond noir.

Comparaison des versions couleur (brute, naturelle, balance des blancs) du mont Sharp (Aeolis Mons) sur Mars

Une image en balance des blancs du mont Sharp (Aeolis Mons) sur Mars

La plupart des appareils photo numériques ont des moyens de sélectionner la correction des couleurs en fonction du type d'éclairage de la scène, en utilisant soit la sélection d'éclairage manuelle, la balance des blancs automatique ou la balance des blancs personnalisée. Les algorithmes de ces processus effectuent une adaptation chromatique généralisée .

De nombreuses méthodes existent pour l'équilibrage des couleurs. Le réglage d'un bouton sur une caméra est un moyen pour l'utilisateur d'indiquer au processeur la nature de l'éclairage de la scène. Une autre option sur certains appareils photo est un bouton sur lequel on peut appuyer lorsque l'appareil photo est pointé sur une carte grise ou un autre objet de couleur neutre. Cela capture une image de la lumière ambiante, ce qui permet à un appareil photo numérique de régler la balance des couleurs correcte pour cette lumière.

Il existe une abondante littérature sur la manière d'estimer l'éclairage ambiant à partir des données de la caméra, puis d'utiliser ces informations pour transformer les données d'image. Une variété d'algorithmes a été proposée, et la qualité de ceux-ci a été débattue. Quelques exemples et l'examen des références qui y figurent conduiront le lecteur à bien d'autres. Des exemples sont Retinex , un réseau de neurones artificiels ou une méthode bayésienne .

Couleurs chromatiques

L'équilibrage des couleurs d'une image affecte non seulement les neutres, mais également les autres couleurs. Une image dont les couleurs ne sont pas équilibrées est dite avoir une dominante de couleur, car tout dans l'image semble avoir été décalé vers une seule couleur. L'équilibrage des couleurs peut être pensé en termes de suppression de cette dominante de couleur.

L'équilibre des couleurs est également lié à la constance des couleurs . Les algorithmes et les techniques utilisés pour atteindre la constance des couleurs sont également fréquemment utilisés pour l'équilibrage des couleurs. La constance des couleurs est, à son tour, liée à l'adaptation chromatique . Conceptuellement, l'équilibrage des couleurs se compose de deux étapes : d'abord, déterminer l' illuminant sous lequel une image a été capturée ; et deuxièmement, mettre à l'échelle les composants (par exemple, R, V et B) de l'image ou autrement transformer les composants afin qu'ils se conforment à l'illuminant de visualisation.

Viggiano a découvert que l'équilibrage des blancs dans le modèle de couleur RVB natif de la caméra avait tendance à produire moins d'inconstance des couleurs (c'est-à-dire moins de distorsion des couleurs) que dans le RVB du moniteur pour plus de 4000 jeux hypothétiques de sensibilités de caméra. Cette différence s'élevait généralement à un facteur de plus de deux en faveur de la caméra RVB. Cela signifie qu'il est avantageux d'obtenir la bonne balance des couleurs au moment où une image est capturée, plutôt que de la modifier plus tard sur un moniteur. Si l'on doit équilibrer les couleurs plus tard, l'équilibrage des données d'image brutes aura tendance à produire moins de distorsion des couleurs chromatiques que l'équilibrage dans le RVB du moniteur.

Mathématiques de la balance des couleurs

L'équilibrage des couleurs est parfois effectué sur une image à trois composants (par exemple, RVB ) à l'aide d'une matrice 3x3 . Ce type de transformation est approprié si l'image a été capturée en utilisant le mauvais réglage de la balance des blancs sur un appareil photo numérique ou via un filtre de couleur.

Moniteur de mise à l'échelle R, V et B

En principe, on veut mettre à l'échelle toutes les luminances relatives d'une image de sorte que les objets que l'on pense neutres le soient . Si, disons, une surface avec était considérée comme un objet blanc, et si 255 est le nombre qui correspond au blanc, on pourrait multiplier toutes les valeurs rouges par 255/240. Faire de la même manière pour le vert et le bleu se traduirait, au moins en théorie, par une image équilibrée en couleurs. Dans ce type de transformation, la matrice 3x3 est une matrice diagonale . ${\style d'affichage R=240}$

${\displaystyle \left[{\begin{array}{c}R\\G\\B\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{ccc}255/R'_{ w}&0&0\\0&255/G'_{w}&0\\0&0&255/B'_{w}\end{array}}\right]\left[{\begin{array}{c}R'\\G '\\B'\end{array}}\right]}$

où , , et sont les composantes équilibrées en couleur rouge, vert et bleu d'un pixel de l'image ; , , et sont les composantes rouge, verte et bleue de l'image avant l'équilibrage des couleurs, et , , et sont les composantes rouge, verte et bleue d'un pixel qui est censé être une surface blanche dans l'image avant l'équilibrage des couleurs. Il s'agit d'une simple mise à l'échelle des canaux rouge, vert et bleu, et c'est pourquoi les outils de balance des couleurs dans Photoshop et GIMP ont un outil pipette blanc. Il a été démontré que la réalisation de l'équilibrage des blancs dans le jeu de luminophores supposé par sRGB a tendance à produire de grandes erreurs dans les couleurs chromatiques, même si cela peut rendre les surfaces neutres parfaitement neutres. ${\style d'affichage R}$${\style d'affichage G}$${\style d'affichage B}$${\style d'affichage R'}$${\style d'affichage G'}$${\style d'affichage B'}$${\displaystyle R'_{w}}$${\displaystyle G'_{w}}$${\displaystyle B'_{w}}$

Mise à l'échelle X, Y, Z

Si l'image peut être transformée en valeurs tristimulus CIE XYZ , l'équilibrage des couleurs peut y être effectué. Cela a été qualifié de "mauvaise transformation de von Kries". Bien qu'il ait été démontré qu'il offre des résultats généralement plus médiocres que l'équilibrage dans le moniteur RVB, il est mentionné ici comme un pont vers d'autres choses. Mathématiquement, on calcule :

${\displaystyle \left[{\begin{array}{c}X\\Y\\Z\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{ccc}X_{w}/X '_{w}&0&0\\0&Y_{w}/Y'_{w}&0\\0&0&Z_{w}/Z'_{w}\end{array}}\right]\left[{\begin{array }{c}X'\\Y'\\Z'\end{array}}\right]}$

où , , et sont les valeurs tristimulus équilibrées en couleurs ; , , et sont les valeurs tristimulus de l'illuminant de visualisation (le point blanc auquel l'image est transformée pour se conformer); , , et sont les valeurs trichromatiques d'un objet considéré comme blanc dans l'image non équilibrée en couleurs, et , , et sont les valeurs tristimulus d'un pixel dans l'image non équilibrée en couleurs. Si les valeurs tristimulus des primaires du moniteur sont dans une matrice de sorte que : ${\style d'affichage X}$${\style d'affichage Y}$${\style d'affichage Z}$${\style d'affichage X_{w}}$${\displaystyle Y_{w}}$${\displaystyle Z_{w}}$${\displaystyle X'_{w}}$${\displaystyle Y'_{w}}$${\displaystyle Z'_{w}}$${\style d'affichage X'}$${\style d'affichage Y'}$${\style d'affichage Z'}$${\displaystyle \mathbf {P} }$

${\displaystyle \left[{\begin{array}{c}X\\Y\\Z\end{array}}\right]=\mathbf {P} \left[{\begin{array}{c}L_ {R}\\L_{G}\\L_{B}\end{array}}\right]}$

où , , et sont le RVB du moniteur sans correction gamma , on peut utiliser : ${\style d'affichage L_{R}}$${\style d'affichage L_{G}}$${\style d'affichage L_{B}}$

${\displaystyle \left[{\begin{array}{c}L_{R}\\L_{G}\\L_{B}\end{array}}\right]=\mathbf {P^{-1} } \left[{\begin{array}{ccc}X_{w}/X'_{w}&0&0\\0&Y_{w}/Y'_{w}&0\\0&0&Z_{w}/Z'_{ w}\end{array}}\right]\mathbf {P} \left[{\begin{array}{c}L_{R'}\\L_{G'}\\L_{B'}\end{ tableau}}\droit]}$

La méthode de Von Kries

Johannes von Kries , dont la théorie des bâtonnets et des trois types de cônes sensibles à la couleur dans la rétine a survécu comme explication dominante de la sensation de couleur pendant plus de 100 ans, a motivé la méthode de conversion de la couleur dans l' espace colorimétrique LMS , représentant les stimuli efficaces pour le Types de cônes de longueur d'onde longue, moyenne et courte qui sont modélisés comme s'adaptant indépendamment. Une matrice 3x3 convertit RVB ou XYZ en LMS, puis les trois valeurs primaires LMS sont mises à l'échelle pour équilibrer le neutre ; la couleur peut ensuite être reconvertie dans l' espace colorimétrique final souhaité :

${\displaystyle \left[{\begin{array}{c}L\\M\\S\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{ccc}1/L'_{ w}&0&0\\0&1/M'_{w}&0\\0&0&1/S'_{w}\end{array}}\right]\left[{\begin{array}{c}L'\\M '\\S'\end{array}}\right]}$

où , , et sont les valeurs tristimulus du cône LMS équilibrées en couleurs ; , , et sont les valeurs trichromatiques d'un objet considéré comme blanc dans l'image non équilibrée en couleurs, et , , et sont les valeurs tristimulus d'un pixel dans l'image non équilibrée en couleurs. ${\style d'affichage L}$${\style d'affichage M}$${\style d'affichage S}$${\displaystyle L'_{w}}$${\displaystyle M'_{w}}$${\displaystyle S'_{w}}$${\style d'affichage L'}$${\style d'affichage M'}$${\style d'affichage S'}$

Les matrices à convertir en espace LMS n'ont pas été spécifiées par von Kries, mais peuvent être dérivées des fonctions de correspondance des couleurs CIE et des fonctions de correspondance des couleurs LMS lorsque ces dernières sont spécifiées ; des matrices peuvent également être trouvées dans des ouvrages de référence.

Mise à l'échelle de la caméra RVB

D'après la mesure de Viggiano, et en utilisant son modèle de sensibilités spectrales de caméra gaussiennes, la plupart des espaces RVB de caméra ont donné de meilleurs résultats que les moniteurs RVB ou XYZ. Si les valeurs RVB brutes de la caméra sont connues, on peut utiliser la matrice diagonale 3x3 :

${\displaystyle \left[{\begin{array}{c}R\\G\\B\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{ccc}255/R'_{ w}&0&0\\0&255/G'_{w}&0\\0&0&255/B'_{w}\end{array}}\right]\left[{\begin{array}{c}R'\\G '\\B'\end{array}}\right]}$

puis convertissez-le en un espace RVB de travail tel que sRVB ou Adobe RVB après l'équilibrage.

Espaces d'adaptation chromatique préférés

Des comparaisons d'images équilibrées par des transformations diagonales dans un certain nombre d'espaces RVB différents ont identifié plusieurs de ces espaces qui fonctionnent mieux que d'autres, et mieux que les espaces de caméra ou de moniteur, pour l'adaptation chromatique, telle que mesurée par plusieurs modèles d'apparence des couleurs ; les systèmes les plus performants statistiquement ainsi que les meilleurs sur la majorité des ensembles de tests d'images utilisés étaient les espaces « Sharp », « Bradford », « CMCCAT » et « ROMM ».

Adaptation générale de l'illuminant

La meilleure matrice couleur pour s'adapter à un changement d'illuminant n'est pas forcément une matrice diagonale dans un espace couleur fixe. On sait depuis longtemps que si l'espace des illuminants peut être décrit comme un modèle linéaire avec N termes de base, la transformation de couleur appropriée sera la somme pondérée de N transformations linéaires fixes, pas nécessairement diagonalisables de manière cohérente.

Exemples

Lumière neutre

Lumière chaude

Lumière froide

Comparaison des couleurs résultantes prises par l'appareil photo numérique pour différentes qualités de lumière (température de couleur) : Neutre, Chaud et Froid.

Cadre : Comme le tir

Cadre : Nuageux

Cadre : Tungstène

Exemple de différents réglages de balance des blancs sur un appareil photo numérique pour une lumière neutre.

Voir également

• dominante de couleur
• Température de couleur
• Correction gamma
• Point blanc

Les références

Liens externes

• Balance des blancs - Introduction sur nikondigital.org
• photoskop : cours de photographie interactive - balance des blancs interactive
• Comprendre la balance des blancs - Tutoriel
• Balance des couleurs affinée avec saturation, avec code et démonstration en ligne
• Obtenir la bonne balance des blancs pour des couleurs neutres - Tutoriel de photographie