Mar 25 2009

L'accentuation avec Gimp

gimp.png

L'accentuation fait partie de la panoplie d'outils de traitement d'image couramment utilisés par le photographe numérique.

Le but de ce traitement est, on le sait, d'améliorer la sensation de « piqué » en accentuant les transitions de l'image. Comme dans toute manipulation d'image numérique, l'application de ce traitement va toutefois forcement être accompagné d'artefacts qui peuvent se révéler gênants si l'accentuation est mal gérée.

Je vous propose dans cet article de passer en revue les différents domaines d'application de ce traitement ainsi que les  performances des divers algorithmes d'accentuation présents dans Gimp. Cet article n'est cependant pas uniquement un tutoriel sur Gimp et abordera dans la plupart des cas le processus d'accentuation d'une manière générale.

 

Pourquoi accentuer ?

 

Dans l'idéal, l'accentuation serait presque inutile, uniquement dédiée à des « effets spéciaux ».

Dans le monde réel, les optiques ne sont pas parfaites, surtout pour les photographes peu fortunés et l'accentuation peut se révéler nécessaire pour tirer un peu plus de certaines optiques moyennes.

Les capteurs non plus ne sont pas exempts de défauts en ce qui concerne la restitution des détails :

• L'échantillonnage spatial non ponctuel de l'image (on donne à un point de l'image la moyenne des photons reçu sur la surface du photosite) a un premier effet de filtrage fréquentiel.

• Le filtre passe-bas, placé devant nos capteurs de reflex numérique afin de limiter les effets de moiré, est aussi très destructeur en terme de piqué et pas seulement au niveau des détails fins.

L'influence du capteur sur le piqué d'une image n'est donc pas négligeable et c'est d'ailleurs un des avantages des capteurs de moyen format numériques qui n'ont ni filtre passe-bas, ni réseau de micro-lentilles pour la plupart (et donc une surface de collection plus faible) ce qui permet de limiter fortement l'utilisation de l'accentuation.

 

Il est aussi commun d'accentuer une image après un redimensionnement, pour le web ou pour l'impression. En effet, cette opération est un re-échantillonnage de l'image et doit donc être précédée d'un filtrage passe-bas afin de ne pas faire apparaître d'effets de moiré. Ce filtrage, numérique contrairement au filtre passe-bas analogique devant nos capteurs, a en général moins d'incidence sur le piqué, sans toutefois être parfait.


Nous avons donc ici deux raisons principales d'utiliser l'accentuation sur nos photos, cependant ce ne sont pas forcément les mêmes réglages ou algorithmes qui donneront toujours les meilleurs résultats. Dans le cadre d'un redimensionnement important, ce sont principalement les détails très fins, de l'échelle du pixel, que l'on va accentuer alors que sur une image « brute de capteur », ces détails fins n'existent pas, principalement à cause du filtre passe-bas mais aussi des optiques dans le cas des capteurs fortement pixélisés, inutile donc de vouloir les faire ressortir. Il est plus judicieux d'agir dans la zone ou le capteur a enregistré autre chose que du bruit.

 

 

Accentuation par masque flou

 

La technique dite du masque flou ou USM (UnSharp Mask pour les anglophones) est bien antérieure à l'apparition de l'imagerie numérique, elle été déjà utilisé en photographie argentique (surtout en astrophotographie) pour  faire ressortir les détails de l'image. La technique consistait à créer à partir du négatif original un film positif légèrement flouté et à faible contraste qui, au développement, était superposé au film original. Les structures grossières encore présentes sur le positif flouté se retrouvaient ainsi atténués et les détails accentués par rapport au reste de l'image.

En imagerie numérique la technique est pratiquement là même : on crée un masque de détails, différence entre l'image original et sa version floutée, qui est ensuite ajouté avec plus ou moins d'intensité à l'image de départ. Dans Gimp, comme dans pratiquement tous les logiciels de traitement d'image, l'algorithme de base propose trois réglages : Rayon, Quantité et Seuil.

Le Rayon permet de doser le niveau de flou utilisé pour créer le masque de détails. Plus sa valeur sera élevé, plus les détails présents dans le masque de détails seront de grande échelle.

La Quantité permet de régler l'intensité appliquée au masque de détails lors de sa superposition à l'image de départ.

Le réglage de Seuil permet de ne considérer dans le masque de détails que les pixels dont la valeur est supérieure au seuil. Cela, entre autres, afin de ne pas prendre en compte les faibles variations du masque de détails pour ne pas faire remonter le bruit lors de l'application du traitement.

L'exemple ci-dessous montre l'effet de différents réglages sur la même image :

usm_ori.jpg
original R=1,Q=1,S=0 R=3,Q=0.5,S=0 R=3,Q=1,S=0 R=3,Q=1,S=10

Passer la souris sur le texte pour modifier l'image



Les outils d'accentuation de Gimp

 

Il existe dans Gimp trois algorithmes d'accentuation facilement accessibles dans le menu Filtre->Amélioration.

Le premier est le classique masque flou, appelé dans Gimp Renforcer la netteté.

Le deuxième est le plugin refocus très efficace sur les détails fins et donc particulièrement adapté à l'accentuation post-redimensionnement.

Le troisième algorithme wavelet refocus est nouveau et basé sur la décomposition en ondelettes de l'image. Je conseille d'ailleurs fortement l'installation des plugins wavelet decompose et wavelet denoise de la même famille qui rendent bien des services. Cet algorithme est très similaire au masque flou, si ce n'est la méthode d'obtention du masque de détails qui passe ici par une décomposition en ondelettes au lieu d'un filtrage gaussien.

Citons également le script Sharpen (Smart Redux) qui permet d'appliquer une accentuation de type USM ou refocus, intelligemment, sur la couche L et uniquement sur les zones de transitions de l'image.

 

Je vous propose dans la suite de cet article, de comparer ces différentes méthodes dans les deux cas d'utilisation de l'accentuation décrits plus haut. Afin de mieux apprécier les différences de rendu et d'observer plus facilement les artefacts de traitement, l'accentuation sera volontairement exagérément poussée un peu trop loin. A vous de trouver, pour vos propres photographies, le niveau d'accentuation à appliquer en fonction de l'image de départ, de vos goûts et éventuellement de l'effet recherché.

 

{jospagebreak_scroll title=Amélioration du piqué d'un objectif}
Amélioration du piqué d'un objectif

 

Afin d'illustrer ce que peut apporter l'accentuation dans ce cas, j'ai utilisé une image prise avec un Jupiter 9 (85mm f/2), objectif particulièrement « mou » surtout à grande ouverture comme ici. On remarquera que si l'image originale ne semble pas très piquée, c'est principalement à cause du faible micro-contraste de cet objectif à f/2. L'image souffre aussi de défauts de type "flare" dans les zones de transition vers les hautes lumières, qui ne seront pas rattrapables par l'accentuation.

 

briques_ori.jpg
original usm smart usm wavelet sharpen original f/8
Passez la souris sur le texte pour modifier l'image, cliquer sur le texte pour afficher les réglages

 

L'algorithme refocus n'est pas ici présenté, car il n'a pratiquement aucun effet sur ce type d'image pleine définition où il n'y a pas de détails très fins, principalement à cause du filtrage dû au capteur.

On peut voir que les différentes accentuations permettent, si l'on excepte le problème de perte de contraste dû au phénomène de "flare" décrit plus haut, de se rapprocher du même niveau de détails que sur l'image à f/8 sur les briques ou la planche de bois. Bien sur, l'image à f/8 est bien meilleure car exempte de flare et d'artefacts d'accentuation, mais cet exemple permet de mettre en pratique le rôle de "cache misère" que peut avoir l'accentuation. Au niveau des réglages utilisé, on peut voir que j'ai utilisé ici des rayons plutôt faibles, c'est à la fois un goût personnel et une volonté de minimiser au maximum les artefacts.

 

L'exemple suivant montre de même que l'accentuation peut être utilisé de manière très efficace pour contrer la baisse de piqué due à la diffraction. On arrive pratiquement à retrouver, à f/22 après accentuation, le piqué obtenu à f/8 avec le même objectif. Ce phénomène est d'ailleurs amené à être de plus en plus visible sur les "crop" de nos photographies numériques, la tendance étant clairement à l'augmentation de résolution des capteurs.

 

diffraction_f22.jpg
f/22 original f/22 usm f/22 wavelet sharpen f/8 original
Passez la souris sur le texte pour modifier l'image, cliquer sur le texte pour afficher les réglages

 

La valeur de rayon utilisés dans le réglage d'accentuation reste faible comme dans l'exemple précédent, pour les même raisons, et afin de se rapprocher au maximum du résultat à f/8 (il y a même une légère sur-accentuation ici).

Il faut quand même noter que même sur cet exemple à 100iso, l'accentuation occasionne déjà une légère remonté du bruit ; à haut iso, cet effet serait loin d'être négligeable.

 

{jospagebreak_scroll title=Redimensionnement}
Accentuation après redimensionnement

 

Lors d'un redimensionnement de l'image (menu Image->Echelle et taille de l'image), le choix de l'algorithme de re-échantillonnage est la première chose à prendre en compte comme le montre l'exemple ci-dessous :

 

comparaison de trois algorithmes de redimensionnement
Linéaire Cubique Lanczos
Passez la souris sur le texte pour modifier l'image

 

La méthode linéaire est en général à bannir même si elle est peu gourmande en calcul, l'image est la plus "molle" des trois et présente des effets de moiré visibles sur les tuiles à droite du bâtiment.

La méthode dite "cubique" fournie une image plus piqué, mais le moiré est encore plus présent.

La méthode Lanczos est la meilleure des trois, un bon redimensionnement du point de vue piqué mais aussi une quasi absence de moiré.

Même en utilisant cette dernière méthode de re-échantillonnage, une accentuation après redimensionnement est souvent utile pour faire ressortir les détails sur les images pour le web. L'exemple ci-dessous est à la base un petit panorama de 16Mpx qui ne souffre d'aucun problème de netteté sur le fichier original.

 

horseshoe_ori.jpg
original usm smart usm refocus wavelet sharpen wavelet decompose

Passer la souris sur le texte pour modifier l'image, cliquer sur le texte pour afficher les réglages

 

Cet exemple montre clairement les limitation de l'accentuation de type masque flou ou wavelet sharpen. Malgrès l'utilisation d'un rayon le plus faible possible, l'augmentation du contraste local est telle que les zones arborées en bord de rivière se trouvent "enfoncés" et perdent paradoxalement en détails alors que l'algorithme refocus parvient vraiment à accentuer ces détails fins. La même chose s'observe aussi (moins facilement sur cette image) dans les zones claires, comme les deux bateaux en bas à gauche de l'image qui se retrouvent complètement "cramés" après application du filtre USM.

Refocus donne sur cet exemple de bons résultats, ce plugin effectue une accentuation par déconvolution, en considérant que le flou est produit par une convolution circulaire (un point devient un cercle) et/ou une convolution gaussienne (un point devient une gaussienne). Cette technique bien connue, donne en général de très mauvais résultats car le bruit devient prépondérant sur l'image finale. L'originalité de ce plugin est de prendre en compte le bruit dans la déconvolution afin de ne pas trop le faire ressortir. Ce plugin utilise cinq paramètres :

• Matrix size : la taille de la matrice de convolution. La taille de 5 proposé par défaut suffit dans 99% des cas.

• Radius : le rayon (en pixels) de la convolution circulaire responsable du flou (defaut = 1).

• Gauss : le rayon (écart-type ?) de la convolution gaussienne responsable du flou (defaut = 0).

• Correlation : régle le degré d'accentuation, plus on se rapproche de 1, moins l'accentuation est marquée (defaut = 0.5).

• Noise : niveau de bruit estimé dans l'image, plus ce paramètre est proche de 1, moins il y a d'accentuation (défaut = 0.01).

Sur ces cinq paramètres, Radius et Correlation sont les plus utiles, pour les accentuation très légères un rayon de 0.9 et une corrélation de 0.9 donnent en général de bons résultats.

Une cinquième méthode appellée wavelet decompose, car basée sur le plugin du même nom qui permet de réaliser une décomposition en ondelettes de l'image, donne aussi de bons résultats sur l'accentuation après redimensionnement. La suite de cet article est consacrée à cette technique.

 

{jospagebreak_scroll title=Décomposition en ondelettes}
Utilisation de la décomposition en ondelettes

 

Le plugin wavelet decompose permet entre autres choses d'accentuer à la façon de wavelet sharpen en gardant encore plus de contrôle sur le résultat du traitement. Le processus est bien sur plus complexe et n'est pas nécessaire pour toutes les images, mais peut se révéler intéressant dans certains cas problématiques.

Différents niveaux de complexité peuvent être appliqués au traitement. La première étape passe bien sur par la décomposition de l'image en ondelettes (Filtres->Générique->Wavelet decompose).

decomposition.jpg

cliquer sur l'image pour l'afficher en grande taille

 

L'application de ce traitement va décomposer l'image en plusieurs calques en mode fusion de grain appliqués sur un calque représentant le résidu de la décomposition. Chacun des calques en mode fusion de grain représente des détails plus ou moins fins de l'image de départ (le facteur d'échelle double à chaque nouveau calque). En agissant sur ces différents calques, il est donc possible de choisir sur quel type de détails nous allons agir sur l'image.

 

decomposition_calques.jpg
Cliquer sur un calque pour l'ouvrir

 

Le moyen le plus simple d'accentuer à partir d'une décomposition en ondelette est de supprimer le calque résidu de l'empilement de calques. De cette façon, les calques en mode fusion de grain sont appliqués à l'image de départ. Seul les deux premiers niveaux de la décomposition sont en général utile pour ce traitement, les autres calques  (si ils ont été générés) peuvent être effacés ou rendus invisibles. Il suffit ensuite de doser l'effet avec le curseur d'opacité de chaque calque. Si l'on veux pousser l'accentuation plus loin, on peut dupliquer le calque concerné ou tout simplement utiliser le réglage de contraste/luminosité afin d'augmenter le contraste du calque.

On peut également appliquer l'accentuation uniquement en luminosité. Pour cela, il suffit de faire la décomposition, non pas sur l'image de base mais sur l'image convertie en niveaux de gris (mode luminosité), les calques d'ondelettes ainsi créés sont ensuite appliqués sur l'image RVB comme précédemment.

Il est finalement possible, si l'on veut vraiment peaufiner, d'appliquer une accentuation sélective, uniquement sur les contours de l'image de départ, ceci afin de ne pas augmenter le niveau de bruit dans les aplats par l'accentuation. On peut, pour cela, récupérer le masque de calque produit par le script Sharpen (smart redux) ou le produire soit même, la méthode (très simple) est décrite en détail mais en anglais sur le site gimp guru.

 

wavelet decompose
Original Wavelet Scale 2 Opacité 50%
Wavelet Scale 1 Contraste +30
Accentuation séléctive
Passez la souris sur le texte pour modifier l'image

 

L'image ci-dessus illustre les différentes étapes décrites plus haut :

• Application du calque d'ondelettes d'échelle 2 avec opacité à 50%

• Application du calque d'ondelettes d'échelle 1 avec augmentation du contraste de 30

• Accentuation sélective avec création d'un masque de détection des contours de l'image.

 

 

Conclusion

 

L'accentuation est souvent considérée à tort comme un outil qui va dénaturer l'image. Si il est vrai que des artefacts peuvent apparaître et que les résultats peuvent sembler peu naturels quand l'accentuation est trop poussée ou non adaptée, une accentuation maîtrisée est essentielle pour tirer le meilleur des photographies produites par nos reflex numériques.

Un aspect pourtant essentiel de la photographie n'a cependant pas été abordé dans cet article : il s'agit bien sur du tirage ou de l'impression. Quel type et quel degré d'accentuation appliquer à nos fichier avant impression ? Le problème est complexe car chaque maillon de la chaîne d'impression (imprimante, papier, encre, etc ...)  est susceptible d'avoir une incidence sur la sensation de netteté du tirage final. Quelques pistes peuvent cependant être données :

• redimensionner son fichier à environ 250 dpi en fin de traitement (la valeur équivalente de 100 pixels/cm est facile à retenir).

• appliquer une accentuation après ce redimensionnement.

• ne pas visualiser à 100% à l'écran ! Une visualisation autour de 50% donne une bien meilleure idée du rendu sur tirage.

• avoir la main un peu lourde. Même en visualisation à 50% sur écran, l'accentuation sera moins marqué sur le tirage.

• faire des essais. Des impressions tests, de différents types et degrés d'accentuation, que l'on peut comparer aux l'images de base sur écran donnent une bonne idée des réglages "qui vont bien".

 

Cet article a également été l'occasion de présenter le module de décomposition en ondelettes de Gimp. Nous le verrons dans de prochains articles, ce type de décomposition peut rendre bien des services dans différents domaine du traitement d'image dédié à la photographie comme le traitement du bruit ou la retouche cosmétique.

 

Commentaires   

# ManqueJoda 21-04-2009 17:09
Merci beaucoup pour ces infos !!

Par contre manque juste une petite conclusion avec le liens vers les plugins ;-)
# PluginsChristophe 21-04-2009 17:39
Les plugins pour Gimp se trouvent tous ici :
http://registry.gimp.org/
Il faut par contre parfois fouiller un peu pour trouver les versions précompilés pour Windows :confused:
# PluginsJoda 22-04-2009 00:09
Merci pour le liens...

Libre jusqu'au bout, j'utilise Gimp sous Linux :wink:
# benoit 01-05-2009 01:02
moi personnellement je trouve que Gimp et bien comme logiciel retouche mais il est trop limité donc il est utile pour ce familiarisé pour les "débutants" et surtout IL EST TROP LENT j'ai eu le droit a 20min d'attente juste pour mettre une photo en effet *vieille photo* avec ces couleurs un peu brune....
# Julien 01-05-2009 01:20
Présenter Gimp comme un logiciel "pour familiariser les débutants" est trompeur : il est plus complet qu'Elements ou Paint Shop Pro, moins automatisé, et finalement plus proche de Photoshop CS. De ces 4, c'est le plus compliqué à utiliser.

Sur mon PC poussif (que CS4 met à genoux) il est bien plus rapide que CS3... L'effet vieille photo n'est pas un réglage mais un script, de plus complexe, et sa rapidité d'exécution ne dépend donc pas tant de Gimp que du nombre de traitements consécutifs à accomplir. La puissance de l'ordinateur sera ici déterminante, certains scripts peuvent être encore plus longs...

Finalement sa seule lacune est l'absence de la prise en charge des couleurs en plus de 8 bits (ce qui ne gênera pas ceux qui travaillent en JPEG), toutes les autres fonctions avancées sont disponibles.
# JC AUBER 31-05-2009 18:13
j'ai téléchargé wavelet decompose,etc...,à partir du site indiqué,puis les ai dézippés.A l'execution des fichiers .exe,il m'est dit qu'une librairie est manquante:il s'agit de libgimp2.0-0.dll.Je ne la trouve pas sur le site en question?
# Christophe 31-05-2009 22:28
Il ne faut pas exécuter les fichiers plugins .exe. Sous Windows il faut simplement les placer dans le répertoire d'install qui doit être quelque chose du genre c:\Program Files\Gimp\lib\gimp\2.0\plug-ins
Les plugins apparaitrons dans la liste des filtres après le prochain lancement de Gimp.
# Merci pour le mode d\'emploiJC AUBER 04-06-2009 19:30
Ce qu'on peut faire avec WAVELET DECOMPOSE est impressionnant et très souple!Il faut vraiment que j'analyse de près toutes ces techniques d'accentuation qui sont bien utiles.En ce qui me concerne,la première application concistait à "récupérer" des photos légèrement floutés par manque de lumière,mais dont l'intérêt photographique était primordial pour moi.Merci pour toutes ces infos.
# galèrebsdc 24-08-2009 07:35
Merci pour ces excellentes infos qui arrivent au moment précis où je cherche à améliorer le rendu de mes photos en post-traitement.

Hélas le site source est en anglais et je n'arrive pas à trouver les plugs même par copier-coller.

J'attendrai donc qu'un plus doué que moi mette les liens directs pour la version windows de Gimp.
# Wavelet decompose sous ubuntuDanielB 19-10-2009 21:14
Bravo pour ces infos, le plugin wavelet Decompose a l'air très interessant.
Par contre impossible de l'installer sous Ubuntu 9.4.
Si l'un de vous a le mode d'emploi détaillé (la ligne de commande n'est pas ma langue maternelle !)
merci et bonne suite sur gimp
# merci pour les explicationsvasselle 16-04-2011 02:56
merci pour les explications.
car je me sert de gimp et je trouve que le logiciel est très bien
mes les conseils que vous donner pour l'accentuation sont claire et bien détailler et il m'ont bien servi et je vous remerci beaucoup

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