Transformez un JPG en fichier Ultra HDR avec une gain map

Ce qu’est réellement une gain map

Un JPEG ordinaire décrit la luminosité sur une échelle qui s’arrête au blanc. Un écran à grande plage dynamique peut être considérablement plus lumineux que ce blanc — plusieurs fois plus lumineux sur de petites zones — et le format ne permet pas d’indiquer quelles parties de l’image doivent utiliser cette réserve.

Une gain map est l’instruction manquante. Il s’agit d’une seconde image en niveaux de gris, plus petite, stockée à côté de la première ; chaque valeur indique quelle luminosité supplémentaire doit recevoir la partie correspondante de l’image, exprimée en stops. Un moteur de rendu disposant d’une réserve multiplie cette valeur ; un moteur qui n’en dispose pas ignore l’ensemble et affiche l’image de base. C’est toute l’idée, et son élégance tient au fait que le fichier se dégrade parfaitement : sur un écran de 2012, il s’agit simplement d’un JPEG.

Google a livré cette technologie sous le nom d’Ultra HDR avec Android 14. Le conteneur est un répertoire XMP qui nomme les deux images, accompagné d’un index Multi-Picture Format — la norme CIPA conçue à l’origine pour les appareils photo stéréoscopiques — qui indique l’offset en octets de la seconde. Les photographies HDR d’Apple reposent sur la même idée fondamentale, et la norme ISO 21496-1 l’a depuis formalisée.

La version honnête de « convertir le SDR en HDR »

Rechercher cette expression renvoie à de nombreux logiciels qui promettent d’ajouter de la plage dynamique à une photographie terminée. Ce qui est ajouté est une interprétation, pas une information.

Lorsqu’un appareil photo écrête une haute lumière, chaque canal de ce pixel vaut 255 et il n’y a rien derrière. Aucun traitement ultérieur ne peut récupérer ce que le capteur n’a pas enregistré ; tout au plus un agrandisseur ou un modèle génératif peut-il inventer quelque chose de plausible, ce qui convient à un fond d’écran mais est rédhibitoire partout où l’image doit servir de preuve.

Cet outil fait autre chose : il détermine, pixel par pixel, quelle part de la réserve de l’écran doit être accordée aux hautes lumières qui existent, puis inscrit cette décision dans le format lu par tous les pipelines HDR actuels. Sur un écran HDR, le résultat est une version plus lumineuse et plus tridimensionnelle de la même photographie — une fenêtre qui ressemble à une fenêtre plutôt qu’à un rectangle blanc, un reflet avec un peu d’éclat. Sur tout autre écran, il s’agit octet pour octet de la même image que celle de départ.

C’est une amélioration réelle mais mesurée, et la différence entre le dire ainsi et affirmer « convertissez vos photos en véritable HDR » explique à elle seule l’existence de cette section.

Pourquoi uniquement les hautes lumières

La manière la plus courante de créer une mauvaise gain map consiste à appliquer le gain partout. C’est facile, l’image devient visiblement différente, et elle donne l’impression que quelqu’un a augmenté la luminosité de l’écran — ce qui est précisément le cas. La plage dynamique concerne la distance entre les parties sombres et les parties lumineuses ; relever les deux extrémités de la même façon n’en ajoute aucune.

La courbe utilisée ici est nulle sous environ 35 % de luminance linéaire et augmente progressivement au-dessus avec une fonction smoothstep. Les tons moyens et les ombres ne reçoivent donc aucun gain, et l’effet se concentre là où se trouvent les hautes lumières spéculaires : une fenêtre, le soleil sur l’eau, un bord chromé, une source lumineuse dans le cadre. Le relevé indique le gain maximal réellement demandé par l’image, généralement bien inférieur à la limite du préréglage — une photographie sans hautes lumières marquées reçoit très peu de gain, quel que soit le préréglage choisi, et c’est un comportement correct, pas un défaut.

Les trois préréglages sont doux at un stop, standard at 2 stops, fort at 3 stops. Trois stops correspondent à peu près à ce qu’un appareil photo de téléphone actuel enregistre nativement ; c’est donc la limite supérieure honnête pour une map synthétisée. Au-delà, le résultat cesse de ressembler à une photographie.

Ce que contient le fichier

La sortie est un seul JPEG. En le lisant depuis le début : le marqueur de début d’image, un en-tête JFIF, un paquet XMP déclarant un répertoire de conteneur avec deux éléments — un Primary et une GainMap avec sa longueur exacte en octets — puis un segment Multi-Picture Format contenant un index à deux entrées, et enfin les données d’image compressées ordinaires de la photographie SDR. Après le marqueur de fin d’image de cette première image suit un second JPEG complet : la gain map, à la moitié de la résolution linéaire, contenant son propre XMP avec les paramètres nécessaires au moteur de rendu — le gain maximal en stops, le gamma, les offsets et la plage de capacité.

Deux nombres de cette structure doivent correspondre à la réalité, faute de quoi l’ensemble reste inactif : la longueur déclarée de la gain map et l’offset en octets dans l’index MPF, mesuré depuis une origine située à l’intérieur du segment MPF lui-même plutôt que depuis le début du fichier. Cette origine relative est la partie que chaque implémentation comprend mal au moins une fois.

L’outil relit donc sa propre sortie avant de la proposer. Il analyse de nouveau le XMP et vérifie que les deux éléments sont déclarés ; il suit l’offset MPF et vérifie qu’il aboutit à un marqueur de début d’image JPEG ; il compare la longueur déclarée aux octets réellement présents ; et il confirme que la gain map contient une version et un maximum. Chacun de ces résultats est imprimé dans le relevé. Si l’un d’eux échoue, rien n’est produit — un fichier dont les en-têtes mentent sur leur propre contenu échouerait ailleurs, plus tard, d’une manière que personne ne relierait à cet outil.

Où vous le verrez, et où vous ne le verrez pas

L’effet apparaît sur Android 14 et les versions suivantes dans Google Photos et Chrome, sur les versions récentes d’iOS et de macOS dans Photos et Safari lorsque l’écran dispose d’une réserve, ainsi que dans Chrome sur un moniteur HDR de bureau. Un moniteur de bureau standard n’a aucune réserve à utiliser ; il affiche donc correctement l’image de base et rien ne semble se produire.

C’est également la limite de ce qui peut être vérifié ici. Rien de ce qui s’exécute dans un onglet de navigateur ne peut mesurer la luminance maximale de votre écran ni tester le moteur de rendu d’un autre appareil. L’outil indique donc ce qu’il a vérifié — le conteneur — et ne laisse rien entendre sur ce qu’il n’a pas vérifié. Lorsqu’une page de ce site ne peut pas vérifier une affirmation, elle le dit ; c’est la même règle qui explique le refus du générateur de QR de promettre qu’un appareil photo donné lira une impression donnée.

Les logiciels qui ne comprennent pas les gain maps — un ancien lecteur de bureau, un flux d’impression, la plupart des systèmes de gestion de contenu — voient un JPEG contenant deux segments de métadonnées inconnus et affichent l’image de base. C’est le fonctionnement prévu du format. Quelques outils suppriment les segments supplémentaires lors d’une nouvelle sauvegarde, ce qui retire silencieusement le HDR ; si un fichier doit traverser un pipeline, vérifiez-le à l’autre bout.

Le coût, et les cas où il vaut mieux s’en passer

Une gain map ajoute environ 15 à 30 % à la taille du fichier. Les gain maps sont naturellement lisses et se compressent bien ; la moitié de la résolution linéaire est visuellement impossible à distinguer de la pleine résolution, car la map est multipliée par une image en pleine résolution.

Il est inutile d’en créer une pour une image sans hautes lumières marquées — un intérieur éclairé uniformément, un ciel gris uni, un scan de document. La réserve n’a rien à faire, le relevé indiquera que le gain maximal était proche de zéro, et vous aurez payé le poids supplémentaire du fichier pour rien. En revanche, cela vaut vraiment la peine pour un coucher de soleil, une fenêtre, une scène nocturne contenant des sources lumineuses, ou toute image avec de l’eau ou du métal dans le cadre.

Une photographie réellement sombre pose un autre problème et nécessite l’éclaircisseur, qui modifie les pixels visibles par tous plutôt que la manière dont un écran compatible les affiche. Et comme avec tous les outils de cette page qui réencodent l’image, la sortie ne contient aucune métadonnée de la source : ni emplacement, ni appareil photo, ni numéros de série — c’est l’outil de métadonnées qu’il faut consulter pour voir ce que contient un fichier avant de décider quoi en faire.