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Les artéfacts vidéos – 1

Tous les amoureux d’images, que ce soit sur TV ou vidéo projecteur et quel que soit la qualité de leur système vidéo, sont confrontés à des phénomènes parasite qui viennent dégrader la qualité de leur expérience visuelle. Après l’ultra HD, je vous propose de décrire les artéfacts les plus courants en vidéo, d’en expliquer les causes et de fournir des exemples imagés, voir animés. 

 

Généralités :

Commençons par définir un artéfact : un artéfact est un effet (lat. factum) artificiel (lat. ars, artis ).

Dans une image vidéo, un artéfact est un élément indésirable et/ou défectueux et indépendant des réglages. Les artefacts les plus communs en vidéo analogique ont trait à la couleur et/ou la luminance. En télévision numérique, TNT, ou Satellite on utilise aussi le vocable artéfact pour décrire un quelconque phénomène visuel anormal, mosaïque, pixellisation, gels, …

Voici une liste des artefacts vidéos les plus répandus classés par familles ( liste non exhaustive ) :

Artéfacts liés à la captation vidéo :

  • Facteur de Flare ( Lens Flare )
  • Flou lumineux ( Blooming Effect )
  • Noir bouchés, blanc brûlé ( à la captation )
  • Moiré ( et Maze Artifact )
  • Bruit vidéo

Artéfacts ou défauts liés à l’optique ( d’un vidéo projecteur / du matériel de captation vidéo ) :

  • Distorsion ( en barillet, en coussinet )
  • Aberration chromatique
  • Vignetage

Artéfacts liés au traitement vidéo :

  • Pavé de pixel ( Macro Blocking )
  • Effet escalier ( Aliasing )
  • Effet Gibbs ( Mosquito  Noise )
  • Effet Gibbs ( Ringing Effect )
  • Halo de contour lié au Edge Enhancement
  • Flickering Effect
  • Blurring Effect
  • Effet de peigne
  • Chroma Upsampling Error ( CUE )
  • Interlaced Chroma Problem ( ICP )
  • Effet de masque ( Pixel Cropping )

Artéfacts ou défauts liés à diffusion vidéo :

  • Overscan
  • Noir bouchés, blanc brûlé ( à la diffusion )
  • Pixel mort
  • Poussières
  • Défaut de convergence des matrices
  • Grille de matrice visible ( Screendor )
  • Clouding
  • Dirty Screen Effect ( DSE )
  • Effet de postérisation ( Banding )
  • Solarisation
  • Dérive colorimétrique ( Shading )
  • Effet arc-en-ciel ( AEC ou Rainbow Effect )
  • Motion dithering
  • Scanline artéfact ( “Peek a boo” Effect )
  • Tearing
  • Judder
  • Soap Opéra Effect ( lié à l’interpolation d’image )

Remarques :

Nous ne traiterons pas des artéfacts liés à la diffusion par satellite ( pixellisation, gel d’image ). Nous ne détaillerons pas non plus les différents types d’un même artéfact dans le détail ( de nombreux types de bruits et de Banding existent et nécessitent un article à eux seuls ).

Il est intéressant de constater que chaque élément de la chaîne de production visuelle ( captation, post production et production, diffusion ) comporte ses propres effets indésirables et qu’il est compliqué pour le diffuseur de déjouer/corriger tous ces phénomènes à la fois.

Ces défauts ne sont pas nécessairement visibles. Ils dépendent de chaque diffuseur vidéo, et sont propre à un modèle, à une technologie et ne sont pas présents systématiquement. Nous essaierons d’être le plus précis possible dans nos descriptions.

Je vous propose dans ce premier article de décrire les artéfacts liés à la captation vidéo et ceux liés à l’optique des objectifs ( des vidéos projecteurs ou du matériel de captation ).

 

 

Artéfacts liés à la captation vidéo :

 

Facteur de Flare ( Lens Flare )

Description du phénomène :

Le Lens Flare se produit lorsqu’une image inclue une source de lumière intense. Le facteur de Flare est une aberration optique due à une diffusion parasite de la lumière à l’intérieur d’un objectif. Cette diffusion entraine une baisse générale du contraste de l’image obtenue. Les objectifs les plus touchés par ce phénomène sont le plus souvent ceux dont la formule optique comprend le plus de lentilles, chaque lentille offrant une nouvelle possibilité de diffusion de la lumière. Les traitements antireflets sont l’un des moyens utilisés pour lutter contre ce phénomène avec les objectifs modernes.

Exemple statique :

lens flare 2  Lens Flare 1

Voici un zoom de la première image :

Lens Flare 3

Vidéo :

Voici des extraits du film Star Trek ou le Lens Flare est voulu ( et ajouté en post production ) par le réalisateur J.J Abrams :

http://www.collegehumor.com/video/6890554/all-the-lens-flares-from-jj-abrams-star-trek

 

Flou lumineux ( Blooming Effect )

Description du phénomène :

Lorsqu’une caméra numérique capture une séquence comprenant une transition abrupte du lumineux au sombre, cette transition devient floue, la lumière débordant dans la zone obscure. Ceci est dû à la taille limitée de l’ouverture de l’objectif qui produit une diffraction, chaque point lumineux devenant un disque d’Airy. Pour qu’un diffuseur  rende le flou lumineux correctement, il doit disposer d’un grand contraste dynamique.

Exemple statique :

Blooming

Vidéo :

Regarder la séquence vidéo entre 30s et 50s, les effets de Blooming ( volontaire ) sont flagrants :

http://blip.tv/aetutsplus/lens-whacking-tutorial-5978538

 

Noir bouchés, blanc brûlés ( à la captation )

Description du phénomène :

Cramer les blancs est une expression pour indiquer une surexposition d’une zone de l’image à tel point qu’une ou plusieurs couches RVB sortent de la dynamique du capteur au moment de la captation. La conséquence est qu’il est impossible de trouver un quelconque détail dans la zone de l’image surexposée qui est retranscrite par un aplat blanc. Les informations de détails sont irrémédiablement perdues à la captation. Boucher les noirs est le phénomène similaire en sous exposant une zone de l’image sombre.

Exemple statique :

Exemple d’image ou les blancs sont cramés : le cœur des feux d’artifice n’a plus aucun détail visible.

bcnb1

Exemple d’image ou les noirs sont bouchés et les blanc cramés ! :

bcnb2

 

Moiré ( et Maze Artifact )

Description du phénomène :

D’une manière générale, le Moiré se produit lorsque deux motifs se superposent et se traduisent par un troisième motif. En captation numérique, ces artefacts se produisent lorsque la fréquence des détails d’une scène dépasse la résolution du capteur de la caméra numérique. Lorsque les détails de la scène ne peuvent pas être correctement captés par un pixel ou un autre, des valeurs erronées de luminance ou de chrominance peuvent être enregistrées.

Plus la résolution du capteur de la caméra numérique est importante et moins l’effet de Moiré est visible à l’écran.

Le phénomène le plus visible de Moiré est celui que l’on nomme moiré des couleurs. L’autre phénomène moins visible de Moiré est l’artefact Maze ( ou artefact de labyrinthe ) : il se produit souvent lorsque il y’a des lignes parallèles qui ne tombent pas précisément sur ​​un pixel du capteur de la caméra numérique.  Le capteur doit alors “deviner” à ce qui est juste, ce qui peut entraîner des erreurs. Ces erreurs peuvent prendre la forme de connexion entre les lignes parallèles, d’où le nom « labyrinthe » donné à cet effet.

 Exemple statique:

Voici deux exemples de Moiré :

moiré1 moiré2

Voici un exemple d’artefact Maze :

moiré3

 Vidéo :

Voici un GIF animé à 10im/s d’une vidéo prise avec un Canon 7D et mettant en évidence un Moiré :

moiré4


Bruit vidéo

Description du phénomène :

Le bruit est un terme issu du domaine de l’acoustique et désigne un signal parasite. Que ce soit pour le son ou pour l’image, le principe est identique : sur tout signal de base vient s’adjoindre un ensemble d’informations parasites aléatoires. Si le niveau du signal est suffisant, la proportion de bruit dans le signal utile (le fameux rapport signal/bruit) reste insignifiante. Par contre, si le niveau de bruit prend le pied sur l’information principale, le bruit sera présent.

Sur une image comme pour la vidéo, le bruit est particulièrement visible dans les zones sombres. Pourquoi ? Simplement car le capteur perçoit moins de lumière et dispose donc de moins d’informations électriques. Si le signal diminue, la proportion de bruit augmentera. La solution : éclairer.

De la même manière, la sensibilité influe sur la qualité de l’image car le capteur n’est pas nativement apte à supporter de hautes sensibilités. Plus on augmente la sensibilité et plus la mesure de la lumière sera approximative, donc plus le signal sera amplifié, tout comme le bruit par la même occasion.

En vidéo, à la captation, on recense généralement le « fixed pattern noise », le « random noise » et le « banding noise ». Le bruit de moustique ( Mosquito Noise ) lié à la compression MPEG sera traité plus loin.

Exemple statique :

bruit

Vidéo :

Cette vidéo en anglais vous expliquera tout sur le bruit vidéo :

Artéfacts ou défauts liés à l’optique ( d’un vidéo projecteur / du matériel de prise de vue ) :

 

L’optique est importante puisqu’elle conditionne le piqué de l’image (netteté et définition), sa géométrie et son uniformité au niveau de la luminosité et de la colorimétrie. Voici les trois défauts majeurs généralement relevés,  liés à la conception de ces optiques :

 

Distorsion ( en barillet, en coussinet )

Description du phénomène :

En optique, la distorsion est une aberration géométrique apparaissant quand les conditions menant à l’approximation de Gauss ne sont plus respectées. La distorsion se manifeste le plus visiblement sur les lignes droites : une grille imagée par un système à forte distorsion aura une forme dite en « barillet », la grille est bombée vers l’extérieur, ou en « coussinet », la grille image ayant l’air déformée vers l’intérieur.

Exemple statique :

A gauche distorsion en barillet, à droite distorsion en coussinet :

barillet         coussinet

Vidéo :

Voici une vidéo comparative, de deux caméras portatives bien connues, en matière de distorsion d’image ( hero3 = distorsion en coussinet, hero2 = distorsion en barillet ) :

 

Aberration chromatique

Description du phénomène :

Une aberration chromatique est une aberration optique qui produit une image floue et aux contours irisés. Elle résulte de la décomposition de la lumière blanche en plusieurs bandes de couleurs. Le phénomène est particulièrement visible en périphérie de l’image si une optique de mauvaises qualité a été utilisée.

Exemple statique :

Dans l’exemple ci-dessous, le phénomène a volontairement été amplifié en ajoutant un objectif grand angulaire sur le même appareil photo avant la deuxième prise de vue. On observe notamment une frange bleue sur le côté droit du toit du bâtiment :

chromatique

Vidéo :

Voici une courte séquence vidéo montrant des aberrations chromatiques, notamment autour des carreaux bleus au fond de la piscine :

 

Vignetage

Description du phénomène :

Le vignettage est l’assombrissement de la périphérie (coins sombres) d’une image provoqué soit par une mauvaise qualité d’objectif, soit par l’utilisation d’un objectif dont le cercle-image ne couvre pas totalement le format du film ou tout simplement par un pare-soleil ou un filtre mal adapté à la longueur focale de l’objectif.

Exemple statique :

Effet de vignettage particulièrement visible sur le fond du ciel :

vignetage

Vidéo :

Une courte vidéo montrant du vignetage à la prise de vue ( voir les coins d’image ).

 

 

 A suivre : les artéfact liés au traitement vidéo

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