La texture de l’image à travers le contrôle du piqué dans les caméras numériques

Par Philippe Ros, AFC

par Philippe Ros La Lettre AFC n°250

La texture de l’image numérique est un territoire relativement vierge, le piqué en fait partie. Les choix de la texture et du piqué sont des décisions artistiques mais dans l’image brute produite par la caméra, ces choix sont pour l’instant essentiellement créés et gérés par des ingénieurs. Avec talent mais sans qu’ils correspondent forcément à la dramaturgie du film et aux attentes des réalisateurs et directeurs de la photo. ***

Historiquement, en argentique, la texture de l’image a été le plus souvent abordée lors du tournage par l’éclairage, le maquillage, le filtrage en verre ou par des bas à l’arrière de l’optique et par le niveau de présence du grain lié aux émulsions, à la pose et au développement.

L’ère numérique offre apparemment plus de possibilités mais en présentant aussi des paradoxes et des limites que je vais essayer de cerner.

Les raisons de cet article, le 2K et le 4K


Cet article fait suite à plusieurs tournages et à de nombreux essais que j’ai faits en 4K en F65, F55, Canon C500 et 1Dc ainsi qu’à plusieurs ateliers dont un avec des directeurs de la photo sur le 4K et l’Ultra HD en Corée du Sud. J’ai aussi participé à un séminaire organisé par Tiffen à Camerimage avec Steven Poster, ASC, où le débat portait sur l’adoucissement de l’image numérique 4K.
Le 4K n’est pas très souvent utilisé en Europe mais je suis arrivé à la conclusion que les qualités et les défauts de ce que l’on voit en 4K sont très souvent l’exacerbation de ce que l’on devine en 2K. Et, même si nous ne travaillons pas pour une exploitation 4K, nous sommes de plus en plus amenés à nous servir de caméras 4K pour une finalité 2K. D’où l’intérêt de bien comprendre le 4K.

J’ai présenté au Micro Salon 2015 des essais de filtre et des extraits d’un film où j’ai travaillé avec cette méthode : tournage en 4K, exploitation en 2K. Le nom de la présentation avait le même nom que le titre de cet article.
Sur cette dernière pratique, on peut prendre l’exemple de la Sony F55, de la Red Epic, de la Canon C500, de la Black Magic 4K et plus récemment de la Varicam 35 que l’on utilise fréquemment en 4K pour "redescendre" la plupart du temps en postproduction 2K. Toutes délivrent une image avec une définition 4K, mais offrent-elles la même sensation de piqué ? De même que le 4K permet de se rendre compte des particularités des optiques, le 4K révèle les spécificités de la texture et, plus précisément, du piqué des caméras et des objectifs. Pleins de facteurs jouent et nous avons affaire à un domaine très subjectif.

La confusion sémantique [1] entre définition, résolution et piqué va aussi jouer un grand rôle dans les appréciations que nous faisons sur l’image.

Les particularités des caméras 4K


Il est difficile de se repérer dans les caméras 4K, notamment à cause de la confusion entre les photosites du capteur et les pixels, ces derniers n’apparaissant qu’au moment de l’échantillonnage et de l’enregistrement. Il n’y a pas de pixels sur un capteur. Les différentes tailles des capteurs et la taille des photosites ajoutent à la complexité, mais on peut quand même se faire une idée à l’aide du petit tableau ci-dessous.


Qu’y a-t-il de commun pour le piqué d’une image en définition 4K tournée en F65 ou en Red Dragon et une image tournée en Sony F55 ou en Canon C500 ? Les deux premières affichant presque le double de photosites que les deux dernières.
La F65 possède 19 millions de photosites sur le capteur, la F55 en possède 9,5 millions mais elles délivrent toutes les deux une définition 4K.
Même en ayant la même définition on s’aperçoit que l’on peut mélanger les plans larges d’une F65 avec des plans serrés d’une F55, le contraire étant beaucoup moins évident.

L’explication :
On peut toujours faire du " up-scaling " (une augmentation) de la définition d’une caméra :
- Par exemple, la caméra Sony F900 possédait trois capteurs de 1 920 photosites en largeur, l’enregistrement HDCAM ne prenant en compte que 1 440 pixels. Il y avait un " up-scaling " dans les circuits de sortie du signal HD-SDI pour donner 1 920 x 1 080 pixels.
- Ou en postproduction (de nombreux films ont utilisé du 35 mm scanné en 4K avec de l’image HD dans un intermédiaire numérique 4K).

C’est aussi pour cela que j’ai conservé l’Arri Alexa dans les caméras 4K, car même avant la XT et l’Open Gate, on a " gonflé " des films tournés en Alexa avec une définition de 2,8K dans une chaîne numérique 4K (ex : Skyfall). Je ne parlerai pas de l’Alexa 65 sur laquelle je n’ai pas d’expérience.
Dans toute caméra et après toute déBayerisation (que ce soit dans la caméra pour un enregistrement interne ou en postproduction) il y a une augmentation de "sharpness". Le réglage de cette augmentation ne fait pas partie à proprement parler du processus mathématique de reconstruction du fichier en RVB (le véritable déBayer) mais il le suit et procède par diverses méthodes dont une accentuation du contraste. Il devient maintenant de plus en plus contrôlable, Arri a été le premier à le lancer sur l’ArriRaw Converter (ARC).

En conclusion de ce chapitre, beaucoup de caméras utilisent donc " l’up-scaling " pour atteindre la définition 4K et le contrôle de " sharpness " pour augmenter le piqué de façon souvent artificielle.

C’est de ces deux interventions que proviennent principalement le surpiqué que l’on peut rencontrer sur l’image de pas mal de caméras 4K actuelles.

Les stratégies pour " casser la def " [2]

Beaucoup de directeurs de la photo n’interviennent absolument pas sur le piqué d’une F55 ou d’une Canon C500 ou d’une Varicam 35 lorsqu’il s’agit de travailler en animalier ou, par exemple, sur des publicités de voiture.

Par contre, lors de tournage avec ces caméras, en fiction TV ou cinéma avec des acteurs, beaucoup optent pour l’utilisation de filtres de diffusion et/ou d’optiques plus anciennes pour "casser la def".

Eric Martin souligne le paradoxe de cette méthode qu’il rencontre fréquemment à Technicolor avec les films tournés avec ces caméras.

Le débat sous-jacent est, en fait, sur la perception de cette définition et du piqué, beaucoup d’opérateurs préférant privilégier la profondeur des couleurs au nombre de pixels. On peut citer le choix de Rodrigo Prieto, ASC, AMC, sur le film court La Voce Umana. Il a, en effet, préféré régler la C500 en 2K 12-bit plutôt que de travailler en 4K 10-bit.

Couleurs contre définition mais aussi couleur contre piqué. Une opposition qui devient fréquente.

Mais ce n’est pas forcément le nombre de pixels qui détermine seulement l’impression de piqué. Une image en F65 avec des objectifs Leica Summilux à T1.4 peut apparaître douce mais définie et, à 2.8, trop piquée et nécessitant un filtrage optique ou numérique. Affaire d’appréciation artistique. On retrouve les paramètres du 35 mm.

Le choix d’utiliser le réglage de définition (" down-scaling ") 2K d’une caméra 4K n’est pas toujours simple. Dans l’Epic, on zoomera dans le capteur avec la conséquences d’allonger les focales en perdant de fait les plus courtes.

On pourra préférer garder la définition 4K d’une F55 en utilisant des filtres à l’avant des objectifs ou en la travaillant en postproduction.

Le changement du filtre OLPF (filtre optique passe-bas) à l’intérieur de la caméra est une voie peu exploitée. Red le propose pour la Dragon et la Scarlet. Sony avec le CBK-55F2K propose, dans les différentes utilisations de ce filtre placé devant le capteur, de " casser " la définition de la F55 utilisée en 4K.

J’adhère au point de vue de Fred Lombardo qui trouve que l’idée est intéressante mais que le filtre altère pour le coup beaucoup trop le piqué de l’image 4K.

La première action pour casser le piqué va se passer durant les essais et va concerner évidemment la prévisualisation. Le schéma ci-dessous rappelle les étapes sur le plateau lors des essais.

On travaillera d’abord le choix des objectifs, le type de lampes et de gélatines de diffusion ainsi que le type de maquillage avant de choisir les filtres.

Le problème devient un peu plus complexe lorsqu’il s’agit de choisir les filtres sur le plateau. Il faut d’abord être certain que la déBayerisation interne de la caméra est fiable, le WYSIWYG (what you see is what you get) prenant alors toute son importance. Mais avec une caméra en 4K - même pour une finalité en 2K - la sélection des filtres devient très difficile sur un moniteur HD, sans parler du viseur électronique.

Exemple de filtre Tiffen Black Satin 1
Exemple de filtre Tiffen Black Satin 1


Un moniteur 4K peut être une solution - onéreuse - pour une première sélection mais le vrai juge de paix reste la projection sur un écran large. Les subtilités de gradations des nouveaux filtres ne pouvant être départagées qu’après une simulation de la chaîne 4K ou 2K.

Le schéma suivant sert de rappel pour indiquer la place des réglages de piqué dans la chaîne de Codec compressés (après le tournage).

Dans le tournage en Raw, on a une possibilité en plus de réglage du piqué. Car dans les logiciels d’étalonnage on peut faire des déBayerisations offrant des réglages de " sharpness " mais ils ne respectent pas tous forcément la structure de l’image voulue par le constructeur.

La politique d’Arri de certifier les " Third parties " [3] (" Certified for ArriRaw Processing " label) travaillant sur les déBayer paraît intéressante car elle permet au constructeur, qui a priori connaît bien son outil, de responsabiliser les partenaires extérieurs en ne cautionnant les procédés de moyenne qualité.

A travers les spécificités du capteur et du traitement du signal on pourra distinguer les différences de " texture " entre les différents fabricants. Un piqué plus agressif avec la F55, une certaine rondeur avec la C500. Mais encore une fois tout ceci est difficilement quantifiable et très subjectif car tout dépend des objectifs, des filtrages optiques ou numériques et surtout du projet artistique.

Comme stratégie de contrôle de ce piqué, il y a, dans la postproduction, les ajouts de grain film pour retrouver un peu de chaos et surtout le filtrage numérique pendant ou après l’étalonnage.

Beaucoup d’actrices connaissent parfaitement les vertus du floutage (defocus), et de l’estompage en salle d’étalonnage. Des jours de retouche numérique sont parfois notifiés dans leurs contrats. Des coloristes sont même spécialisés dans cette discipline. Et il faut reconnaître la qualité de tous les algorithmes de " defocus " et " refocus " qui progressent très vite.

Prise de vue sans filtrage optique et sans filtrage numérique
Prise de vue sans filtrage optique et sans filtrage numérique
Prise de vue sans filtrage optique avec filtrage numérique
Prise de vue sans filtrage optique avec filtrage numérique
Le filtrage numérique a été uniquement appliqué sur la joue à droite de l’image.


Le filtrage numérique présente l’avantage et/ou la limite de ne pas avoir de parti pris de tournage (ce qui peut s’avérer dangereux en augmentant de façon exponentielle le temps de travail en séance d’étalonnage).

Le temps et le coût du filtrage numérique sont encore des obstacles pour nombre de films indépendants.

L’expérience de travail avec Laurent Desbruères, coloriste, sur la texture de plusieurs films m’a montré justement l’intérêt mais aussi les limites de ce filtrage numérique.

D’autres stratégies ?

Le maquillage et l’utilisation de filtrage qu’il soit optique ou numérique ne peuvent évidemment pas résoudre tous les problèmes de surpiqué. Je recommande à ce sujet la lecture de ‘’Ready for FullHD’’ [4] écrit par Isabelle Voinier (chef maquilleuse et instructrice) et Dirk Meier (coloriste) tous deux basés en Allemagne). Ce passionnant ouvrage explique clairement l’évolution indispensable des maquilleuses(eurs) et de leur outils et produits face à l’augmentation de la définition des caméras.

Beaucoup de directeurs de la photo et de coloristes regrettent qu’ils aient à "lutter contre la machine".
Et tout naturellement vient cette conclusion : plutôt que d’entamer ce travail d’atténuation du piqué en le filtrant optiquement ou numériquement, il serait judicieux, dans toutes les postproductions en raw, d’avoir accès à des réglages de piqué plus étendus que ceux de l’ARC d’Arri, du Raw Viewer de Canon ou de la Red Rocket après la deBayerisation en postproduction.
De même lors d’enregistrement interne de Codecs il serait nécessaire d’avoir accès à des réglages étendus de ‘’Sharpness’’ (Detail Level) dans la caméra.
Mais tout ceci devrait se faire sous le contrôle des fabricants dans le même esprit qu’Arri certifie les deBayerisations.
Le tableau qui suit montre l’amélioration des contrôles que l’on pourrait avoir dans les différents workflows

La F55 permet d’avoir accès dans sa dernière version à ce réglage lors d’un enregistrement interne du XAVC en Custom mode en utilisant les courbes Log. La marge de possibilités est limité pour l’instant mais c’est un début intéressant.
Une des propositions qui a été débattue à la récente réunion du comité technique d’Imago est de demander aux fabricants de caméra un contrôle étendu avec plusieurs paramètres de ce piqué que ce soit dans la caméra ou en postproduction pour le Raw.
Ces paramètres existent déjà dans certaines caméras ou en postproduction mais il ne s’agit pas d’un large consensus permettant de traiter en finesse et en profondeur le piqué. Je citerai Kommer Kleijn :« Nous jouons depuis des années avec au minimum trois réglages de piqué avec le deBayer de Photoshop, pourquoi n’y en a-t-il qu’un seul lorsque l’on tourne des images animées ? ».

Arri fait un vrai travail avec Colorfront et Codex pour offrir aux cinéastes et directeurs de la photo une variété de déBayerisation dans lesquelles les différences de rendu de texture sont mises en avant. Un récent séminaire à Hambourg a réuni des membres de la BVK et les constructeurs nommés ci-dessus pour traiter de ce sujet avec la volonté de bien expliquer le rôle de tous les réglages lors du déBayer.

Conclusion

Il me semble que nous commençons seulement à aborder les véritables centres d’intérêt de la chaîne numérique. Le contrôle de la texture de l’image passe par la maîtrise de ce piqué. Mais il n’y a pas que le piqué, Jean-Pierre Beauviala avait ouvert la voie avec le déplacement du capteur pendant la prise de vues.

On peut ajouter du grain film dans l’image, on peut apprécier un certain niveau de bruit pour salir l’image mais on peut regretter aussi la structure chaotique du grain film.

Mais la possibilité de changer la structure du pixel me paraît aussi importante. Le travail que j’ai fait pendant de nombreuses années avec Laurent Desbruères, coloriste à Digimage, et avec HDSystems et Sony autour des réglages du contour des caméras haute définition avait permis de traiter plus agréablement les images HD en les adoucissant. On avait alors touché tous les paramètres : non seulement le niveau de détail mais aussi le "coring" et tous autres facteurs de transition dont je vous épargnerai les noms. Ce travail revient au goût du jour avec des codecs comme le XAVC mais pour l’instant on ne peut atteindre les réglages que si l’on tourne en Rec 709 !

Atteindre la structure même du pixel fait partie d’une démarche artistique à faire bien évidemment en amont du tournage.

Mais maintenant il ne s’agit plus d’imiter le film mais de travailler le numérique avec en perspective un vrai point de vue sur la perception de l’image numérique. Un territoire encore peu exploré.

Un grand merci à Fred Lombardo, Eric Martin, Jacques Pigeon, Aude Humblet, Yann Cornières et bien sûr à Laurent Desbruères pour leur point de vue et leur intérêt à ce sujet.

On peut trouver sur mon site Internet la totalité des tests avec les filtres Tiffen que j’ai effectués pour un film de fiction.

*** Cette version a été corrigée grâce à Rolf Coulanges, BVK, Kommer Kleijn, SBC, Yvan Le Verge (Canon France), Jean-Yves Martin et Tom Crocker (Sony Europe). La présentation que j’ai faite au Micro Salon 2015 a permis de recevoir les dernières modifications des fabricants caméra et surtout de corriger mes oublis.

PDF de la version complète de la présentation du Micro Salon
PDF de la version complète de la présentation du Micro Salon

[1Sémantique :
• Le piqué désigne la précision ou la netteté de l’image. On le mesure grâce à la fonction de transfert de modulation (FTM)
• La définition en numérique est caractérisée par le nombre total de pixels dans l’image.
• La résolution se caractérise par le nombre de pixels par unité de longueur, c’est en fait la densité de pixels de l’image. Celle-ci n’a rien à voir avec le nombre de pixels. La résolution s’exprime en dpi (dot per inch = point d’encre par pouce) pour une imprimante, ou en ppp (pixel par pouce) pour un fichier image.
• Le réglage de "Sharpness" peut faire allusion à différents paramètres de réglage de l’image selon les outils dans la chaîne numérique.

[2" Casser la def " est dans ce cas lié au niveau de piqué que l’on attribuait lors d’un tournage en 35 mm. A ne pas confondre avec la définition en numérique qui se mesure en pixels.