Zeiss Supreme Prime Radiance : de Ghostbuster à Ghostfather !

par Zeiss La Lettre AFC n°303

Zeiss a lancé, lors du dernier Camerimage, sa nouvelle série d’optiques Supreme Prime Radiance : basées sur la série Supreme sortie en 2018, elles ont la particularité de permettre un flare très précis et contrôlable de couleur bleue (quand la balance des blancs est équilibrée à la caméra) sans impacter le contraste général de l’image.

Au cours du festival, un séminaire a permis la rencontre du Dr. Benjamin Völker, designer optique de cette série, avec Paul Mignot, réalisateur de All Blood Runs Red, court métrage "démo" tourné au mois d’octobre avec les Radiance et Eric Dumont à la caméra (deux caméras RED Ranger 8K). L’occasion d’expliquer la notion-même de flare, comment il se décline et ce qui le favorise ou l’empêche dans une optique.

Depuis son arrivée chez Zeiss il y a plus de six ans, Benjamin s’est dévolu à la chasse au "flare", qu’il appelle, en anglais, les "ghosts". On retrouve dans les Supreme Primes le fruit de ce travail. Quand, il y a deux ans, Christophe Casenave, directeur marketing des produits cinéma chez Zeiss, est venu le voir pour lui dire que sa mission serait désormais d’en créer, on imagine sa réaction… Mais tout d’abord, une explication de la manière dont il définit le "flare" d’un point de vue technique, comment le traitement ("coating") optique fonctionne et comment il a créé de "beaux" flares, selon lui (et la dimension subjective est primordiale).

En parlant avec Jon Fauer lors de sa visite à Oberkochen (lire le dossier de Film and Digital Times consacré aux Supreme Primes Radiance), Benjamin s’est rendu compte de la différence dans leur vocabulaire et leur notion de ce qu’est un flare. Pour la plupart des gens, ça paraît évident, mais en fait on utilise de nombreux termes : "ghosts" (fantômes), "stray lights" (lumière parasite), "glare" (éblouissement), halo, diffraction…

Cette image issue du film Gravity est un bon exemple, même si elle n’a sans doute pas été tournée dans l’espace… On voit un astronaute, une planète, un arrière-plan et une source lumineuse ponctuelle, ici le soleil. Si on regarde de nos propres yeux par le hublot de la station, le soleil doit être rond et si vif qu’on ne voit pas de détails. Si on regarde à travers une optique, la lumière est transportée à travers les lentilles jusqu’au capteur et on obtient ce phénomène autour du soleil. Différents éléments y contribuent :
- La lumière issue de la source, qui va se refléter de nombreuses fois sur les surfaces optiques contenues dans l’objectif. Pour une optique de quinze éléments, on parle de quatre ou cinq cents chemins différents pris par la lumière avant d’arriver au capteur. C’est ce que Benjamin Völker appelle "ghosting". Généralement il est coloré, si on déplace la source lumineuse il se déplace dans le sens opposé, et il peut avoir toutes sortes de formes, en fonction de l’ouverture du diaphragme.

- La lumière peut aussi frapper les surfaces mécaniques à l’intérieur de l’optique. Elle n’est alors pas réfléchie mais dispersée dans toutes les directions, donnant un résultat qu’on appelle généralement "wheeling flare" ou "stray light", lumière parasite. Il n’y a pas de couleur, c’est un éblouissement plutôt blanc ou jaunâtre, et si on déplace la source l’effet sera différent mais relativement statique.

- Les surfaces optiques sont polies et aussi propres que possible, mais malgré tout on peut trouver des petites impuretés qui font qu’en frappant ces surfaces la lumière se disperse dans la même direction que la source, et a pour effet ce halo autour des sources de lumière vive.

En connaissant ce qui cause le flare, on peut le manipuler.

- Le ghosting est lié aux surfaces optiques, donc on peut facilement le modifier à l’aide des traitements optiques, qui déterminent à quel point dont la lumière est réfléchie par une surface.

- La lumière parasite peut être contrôlée en modifiant astucieusement le design mécanique, soit en cachant tout le système mécanique pour empêcher les parasites ou au contraire en éclaircissant les surfaces mécaniques. Dans les optiques Canon K35 c’est notable, on voit que dans le passé on ne se souciait guère de cet effet.

- Pour contrôler le halo, il faut des surfaces aussi polies et propres que possible.

- Les rayons, la forme étoilée autour de la source, sont en fait de la diffraction due à l’iris, et dépendent du nombre de lames et de l’ouverture.
Sur l’image de Gravity, Benjamin suppose la pleine ouverture, parce qu’on voit la forte contribution de la lumière parasite, dont normalement on se débarrasse facilement en fermant le diaphragme. Les "ghosts" sont également assez flous, alors qu’en fermant ils seraient plus intenses.
On comprend maintenant que les flares peuvent être très différents, en fonction des conditions d’éclairement, des optiques, des couleurs des sources et de l’ouverture, sans oublier la focale et la distance de mise au point.

On combat les flares notamment avec le traitement des optiques, donc est-ce une bonne idée d’ôter les traitements pour obtenir des flares ? Il y a souvent des versions "uncoated" ("non-traitées") des séries d’optiques fixes.

Qu’est-ce que le traitement ? Il a été inventé en 1935 par Alexander Smakula, qui travaillait pour Zeiss à Iéna. A cette époque-là, on cherchait à avoir plus de lumière dans les systèmes optiques. Une surface non-traitée reflète à hauteur de 4 à 12 %. Chaque surface du système optique "retire" donc entre 4 et 12 % de la lumière qui pénètre le système. Smakula a donc eu l’idée d’appliquer une très fine couche de matériau à faible indice de réflexion qui a amélioré la transparence des éléments optiques. Chez Zeiss, on appelle ce procédé le "T-Coating", et on s’en est servi dès les années 1940 dans les jumelles, des objectifs photo et les périscopes. Dans les années 1950 on a inventé les traitements multicouches, qui ont largement amélioré les performances optiques, et se sont appelés "T*" à partir de ce moment-là. Aujourd’hui, on n’utilise plus les recettes des années 1950, c’est un procédé qui ne cesse d’évoluer. En 1934, la couche de matériau était de l’ordre de cent nanomètres (un dix-millième de millimètre), aujourd’hui en combinant des matériaux à haut et bas indice et en jouant sur les épaisseurs, on peut massivement réduire les reflets et atteindre 0,1 %, sur tout le spectre, ce qui signifie en gros que le verre est invisible. Leur épaisseur est au nanomètre près (un milliardième de mètre).

Quand la lumière atteint la surface d’optiques non-traitées, une partie de la lumière est transmise, une autre partie est réfléchie. Selon le pouvoir optique du verre, ou son indice de réflexion, ça peut être entre 4 et 12 %. Sur ce schéma de longueur d’onde on voit tout le spectre optique, et on constate que le reflet qui vient du verre non-traité est presque uniforme sur toutes les couleurs du spectre optique, donc pratiquement blanc. Le reflet de ce verre non-traité le rend donc pratiquement blanc, comme sur des fenêtres, un pare-brise… Donc en plus de perdre de la lumière, on obtient un reflet blanc.

En jouant sur les traitements et leur épaisseur on peut choisir les longueurs d’ondes, c’est-à-dire les couleurs du spectre réfléchies ou non : on peut choisir d’aller dans les bleus, ce qui donne un reflet plutôt rouge, dans les tons chauds ce qui donne du bleu, ou au milieu du spectre, ce qui donnera un reflet bleu et rouge, c’est-à-dire violet. Le flare bleu choisi par Benjamin est donc physiquement lié au ton relativement chaud du rendu des Radiance.

La difficulté dans l’approche des Radiance était : on veut de beaux flares, mais qu’est-ce qu’un beau flare ? On aurait pu aller dans beaucoup de directions. Si on enlevait le traitement, ce qui est le plus facile et le moins coûteux, on allait avoir ces reflets blancs incontrôlables. Benjamin a donc commencé par analyser des dizaines d’objectifs plus ou moins "vintage", dans une pièce noire, et regarder les flares qu’ils produisaient, ce qui a pris deux mois. Le test consistait à filmer plusieurs sources lumineuses, en variant les sources, les focales, l’ouverture, la distance de mise au point…

Il s’agissait de comprendre ce que les utilisateurs apprécient dans ces flares. Il fallait aussi éviter de faire une optique qui serait si typée qu’elle ne pourrait servir que pour la publicité, par exemple, et préserver la possibilité d’utiliser les optiques de manière normale et contrôlée. Le plus difficile était aussi de créer de beaux flares qui restent constants d’une focale à l’autre.
En tâchant de rester aussi systématique que possible, Benjamin a fini par avoir une idée, une sensation, de ce que pourrait être le bon "niveau" de ghosting : il doit rester visible, il est coloré, et il ne faut pas tuer l’information contenue dans le cadre en préservant le contraste global.
Il aurait été envisageable de prendre les Supreme Primes, qui sont très fiables, et de les modifier, mais le gros problème était, même en sachant combien d’éléments modifier dans un système, le trop grand nombre de combinaisons possibles pour toutes les tester en laboratoire. Dans un Supreme Prime, il y a quatorze éléments optiques, ce qui peut donner jusqu’à 406 "ghosts" possibles, pour une seule source, une ouverture, etc. Il aurait fallu tester des millions de possibilités. La bonne nouvelle est qu’aujourd’hui, des ordinateurs très puissants permettent de prévoir les reflets en simulant les traitements. Une expérience impossible en laboratoire a donc été rendue possible virtuellement.

Paul Mignot, qui est aussi réalisateur de publicités, confirme que certes, pour lui, les flares sont une composante esthétique récurrente des images en pub. Ils produisent une rupture dans l’image, peuvent "habiller" une image qui serait un peu pauvre. Mais pour ce court métrage, l’exercice était particulier puisqu’il s’agissait d’amener l’histoire vers les flares. Il raconte avoir essayé d’utiliser les flares et les contre-jours comme des ponts poétiques entre passé et présent, pour ce film qui est construit en souvenirs et en flashes-back. Le premier travail a consisté à choisir, dans l’écriture, quelle partie de la vie du héros raconter, et reconstruire les étapes de sa construction. Le lynchage de son père est devenu la première étape clé. Comment connecter cet épisode avec la suite ? Il y a l’accident heureux, le personnage court dans les tranchées à Verdun, et soudain un petit rayon de soleil apparait et donne ce petit flare, et enfin il y a celui qu’on contrôle et qu’on provoque, comme pendant le match de boxe éclairé avec quatre projecteurs de 18 kW diffusés, où la corde du ring était déjà un élément qui convoquait le souvenir de son père lynché.

Paul avait dès lors la deuxième partie du pont et pouvait choisir de le construire avec les flares, ou pas. Avec un petit projecteur LED porté à la main, il était facile de créer du flare comme un élément abstrait, qui amène le flash-back. Il s’est servi de cette petite source teintée en rouge, pour jouer le contraste avec le bleu du flare.

Pour lui, « Ce qui est réussi avec ces optiques, c’est qu’ils gardent une texture sensible, pas clinique, et qu’on peut choisir de les pousser, de jouer avec les flares, ou pas. Avec les formats larges on découvre une nouvelle relation à la sensation d’espace, la distance avec les acteurs change, et ces objectifs donnent un bon équilibre. »

Pour finir la conversation, Paul suggère à l’équipe de Zeiss de procurer un jeu d’images de flares à utiliser au moment des VFX pour être raccord avec les flares du plateau… Ce que Benjamin approuve, et qui est dûment noté par Christophe Casenave !

Le film R&R réalisé et photographié par Rodrigo Prieto, AMC, ASC, avec les optiques Supreme Prime Radiance :

https://vimeo.com/362503446

Et un petit making of où Rodrigo Prieto explique comment il a intégré les flares à son récit :

https://www.youtube.com/watch?v=Q5q0fN6H9a4