Contraste

Image originale : l'écrevisse se fond dans son environnement. La dynamique de l'image est très faible.
Traitement numérique : l'échelle des valeurs a été élargie pour s'étendre du noir au blanc.

Le contraste (lat. « contra », « contre », et « stare », « se tenir », de l'i.e. "sta") est une propriété intrinsèque d'une image qui quantifie la différence de luminosité entre les parties claires et sombres d'une image[1].

Définition

Histogramme représentant la répartition lumineuse d'une image

Le contraste caractérise la répartition lumineuse d'une image. Visuellement il est possible de l'interpréter comme un étalement de l'histogramme de luminosité de l'image.

Cas particuliers pour une image en noir et blanc :

  • Pour un contraste nul, l'image observée est intégralement grise
  • Pour un contraste maximum, chaque pixel de l'image est soit noir soit blanc[1]

Le contraste d'une image peut être relié à la différence d'intensité lumineuse arrivant physiquement sur le capteur par l'entremise de la gamme dynamique (également contour dynamique ou dynamique).

Définition mathématique

Contraste global d'une image

Exemple de contraste faible

Le contraste global d'une image, souvent utilisé avec des mires de test pour déterminer la fonction de transfert de modulation d'un système optique est défini par Michelson par :

[2]

Où L désigne la luminance et I l'intensité lumineuse.

Ce contraste de Michelson est compris entre 0 et 1. Sa définition est analogue à celle de l'indice de modulation d'un signal modulé en amplitude.

Contraste local

La notion de contraste global d'une image n'est pas forcément adaptée à la photographie, ce qui explique qu'on lui préfère souvent une définition locale du contraste qui correspond à la perception des contours des éléments d'une image. On parle souvent de piqué en photographie pour désigner le contraste des contours.

La loi de Weber-Fechner définit le contraste Cw comme:

[2]

Lzone et Lfond désignent respectivement la luminance de l'objet et du fond directement aux abords de l'objet. Ce contraste mesure la perception que l'on a d'un objet de luminance L placé sur un fond de luminance Lfond. Quand le fond est plus clair que l'objet, Cw est négatif et varie entre 0 et -1[3]. Quand le fond est plus foncé, Cw est positif et varie de 0 à, potentiellement, de grands nombres.

Une définition simplifiée est donnée par :

[2]

Contraste en photographie

Paramètres du contraste

Contraste augmenté : les silhouettes sont plus discernables
Image originale
Contraste faible (réduit artificiellement) : l'image est terne

Pour la photographie argentique, c'est la pellicule photographique support qui détermine le niveau de contraste, tandis que pour la photographie numérique, c'est le fonctionnement du convertisseur analogique-numérique.

Les nouveaux appareil numériques tentent d'étendre la gamme dynamique en utilisant des convertisseurs non linéaires (l'œil humain n'a lui-même pas une réponse linéaire à la lumière).

Les paramètres de la prise de vue : sensibilité, temps de pause et ouverture du diaphragme ne modifient le contraste que localement. En particulier la sensibilité ISO permet d'augmenter le contraste dans les zones sombres de l'image mais en ajoutant du bruit électronique.

Une gamme dynamique augmentée se caractérise par des zones d'image claires encore plus claires, et des zones sombres encore plus sombres que dans l'image originale. L'image semble alors contrastée (le contraire de « terne »), mais fournit alors moins de détails à observer, c'est-à-dire que dans les zones sombres (ombre) comme dans les zones claires (pleine lumière) les motifs sont moins visibles (voir dégradé de tonalité). S'il n'est pas possible de restituer l'ensemble des couleurs pour une image de haut contraste, il est souvent préférable d'utiliser un éclairage modéré, car les parties saturées peuvent mal être restaurées, tandis que les zones sombres peuvent la plupart du temps être sauvées a posteriori par un traitement d'image approprié.

Amélioration du contraste

Exemple de bracketing photographique

Une technique souvent utilisée en photographie numérique consiste à prendre un ensemble de photographies d'un même sujet avec des expositions légèrement différentes afin de choisir numériquement les zones en fonction de l'effet souhaité (ciel sombre et bâtiment plus clair) [4].

Cette technique n'est cependant pas utilisable pour de la photographie d'action.

Contraste en électromagnétisme

Modulation d'amplitude

Taux de modulation

En modulation d'amplitude, le taux de modulation d'une onde électromagnétique désigne le contraste de la modulation réalisée.

L'indice de modulation dont la définition mathématique est analogue au contraste global de Michelson peut être déterminé expérimentalement en mesurant seulement les amplitudes crêtes maximales et minimales Vmax et Vmin du signal modulé :

[5]

Applications liées au contraste

Microscope à contraste de phase
Mire permettant la mesure de la FTM
  • En optique, le contraste est utilisé comme outil de mesure pour déterminer la fonction de transfert de modulation (FTM). La FTM permet de quantifier la transmission par un système optique des fréquences spatiales. C'est une courbe donnant le contraste en fonction de la fréquence spatiale des zones de blanc et de noir d'une mire périodique.

Notes et références

Articles connexes

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phase contrast microscope
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Filtro fotografico di contrasto, verde - Museo scienza tecnologia Milano 13090.jpg
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, Licence: CC BY-SA 4.0
Filtro fotografico di forma circolare con lente verde montata su telaio in metallo Inserzione a baionetta davanti all'obiettivoIl filtro è conservato in una custodia in cuoio marrone con chiusura a bottone.
Funzione

I filtri verdi vanno usati con negativi pancromatici molto sensibili al rosso Funzionano da barriera più o meno intensa per i colori diversi da quello del filtro stesso, mentre lasciano passare totalmente il proprio colore, col risultato che esso risulterà con un tono di grigio più chiaro.

Modalità d'uso
Il filtro va anteposto all'obiettivo ed assorbe certe lunghezze d'onda o bande dello spettro cromatico della luce che lo attraversa Per la correzione di valori cromatici e per speciali effetti si usano filtri di luce il cui colore e tonalità variano a seconda dello scopo che si vuole raggiungere Usando lastre ortocromatiche, ad esempio, si rende necessaria l'applicazione di un filtro che lasci passare quei raggi dello spettro per i quali la lastra è resa maggiormente sensibile, solitamente giallo o verde a seconda del colore predominante del soggetto che si fotografa Il loro impiego, dato l'assorbimento di una certa quantità di radiazioni luminose, costringe ad un aumento del tempo di esposizione. Il fattore di questo aumento varia a seconda della luce, della sensibilità della pellicola e dei colori del soggetto.
Bahai Wilmette Original HDR.jpg
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The original three photos that constitute the final tonemapped result that is this.
Amplitude Modulated Wave-hm-64.svg
Auteur/Créateur: Originally by The.ever.kid, drawn using Mathematica and Adobe Illusttrator and simplified version drawn by hand using a text editor.
Simplified hand-drawn version by Rubber Duck (), Licence: CC0
Amplitude modulations for modulation indices: 50% (under modulated), 100% and 150% (over modulated). In the figure, the carrier wave frequency is 10 times the modulation signal frequency.
Crayfish high contrast.JPG
Crayfish at Ville d'Avray -contrast enhanced.
Male Anolis carolinensis.jpg
Auteur/Créateur: Euku, Licence: CC-BY-SA-3.0
Anolis carolinensis
Filtro fotografico di contrasto, arancione - Museo scienza tecnologia Milano 13093.jpg
Auteur/Créateur:
Voigtländer & Sohn (costruttore)
, Licence: CC BY-SA 4.0
Filtro fotografico di forma circolare con lente arancione Il filtro è coperto e protetto da un tappo in pelle e velluto nero Inserzione a pressione davanti all'obiettivo Il filtro è conservato in una custodia in pelle marrone con chiusura in metallo, tipo porta monete.
Funzione

I filtri arancioni vanno usati con negativi pancromatici e nel positivo danno rossi e arancioni molto schiariti e blu e viola scurissimi Consentono quasi sempre esposizioni istantanee pur dando una selezione delle radiazioni luminose molto efficaci.

Modalità d'uso
Il filtro va anteposto all'obiettivo ed assorbe certe lunghezze d'onda o bande dello spettro cromatico della luce che lo attraversa Per la correzione di valori cromatici e per speciali effetti si usano filtri di luce il cui colore e tonalità variano a seconda dello scopo che si vuole raggiungere L'impiego di filtri, dato l'assorbimento di una certa quantità di radiazioni luminose, costringe ad un aumento del tempo di esposizione. Il fattore di questo aumento varia a seconda della luce, della sensibilità della pellicola o lastra negativa e dei colori del soggetto.
Male Anolis carolinensis - less contrast.jpg
Auteur/Créateur: Euku, Licence: CC BY-SA 3.0
Anolis carolinensis, this is an example for the article de:Kontrast
Filtro fotografico di contrasto, giallo - Museo scienza tecnologia Milano 13089.jpg
Auteur/Créateur:
Voigtländer & Sohn (costruttore)
, Licence: CC BY-SA 4.0
Filtro fotografico di forma circolare con lente gialla montata su telaio in metallo Inserzione a pressione davanti all'obiettivo Il filtro è conservato in una custodia in pelle marrone con chiusura a bottone.
Funzione

I filtri gialli usati in fotografia in b/n contribuiscono a sottolineare il contrasto In alternativa vanno impiegati con pellicole o lastre a colori ortocromatiche e pancromatiche e riducono la luce azzurra e violetta che giunge al negativo.

Modalità d'uso
Il filtro va anteposto all'obiettivo ed assorbe certe lunghezze d'onda o bande dello spettro cromatico della luce che lo attraversa Per la correzione di valori cromatici e per speciali effetti si usano filtri di luce il cui colore e tonalità variano a seconda dello scopo che si vuole raggiungere Usando lastre ortocromatiche, ad esempio, si rende necessaria l'applicazione di un filtro che lasci passare quei raggi dello spettro per i quali la lastra è resa maggiormente sensibile, solitamente giallo o verde a seconda del colore predominante del soggetto che si fotografa. Si utilizza un filtro giallo ad esempio per architetture, interni, riproduzione di quadri, fotografie in alta montagna I filtri gialli esistono in diverse gradazioni Il loro impiego, dato l'assorbimento di una certa quantità di radiazioni luminose, costringe ad un aumento del tempo di esposizione. Il fattore di questo aumento varia a seconda della luce, della sensibilità della pellicola e dei colori del soggetto.
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Crayfish at Ville d'Avray -low contrast.
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Seidiger Glanzrüssler Polydrusus formosus.