Pédagogie de la vidéoprojection : Pourquoi mon image HDR est trop sombre ?

HDR est l'abréviation de "High Dynamic Range" (gamme dynamique élevée) et s'apparente à l'UHD.
Alors que les films du format Blu-ray standard peuvent généralement afficher 220 gradations de gris (8 bits), les films HDR utilisent jusqu'à 964 gradations de gris (10 bits) pour les informations d'image visibles. En raison du nombre plus élevé de gradations, les films HDR sont capables de mieux distinguer les zones sombres et claires de l'image, car il y a tout simplement plus de 4 fois plus de gradations de luminosité disponibles pour cela.

Une image HDR promet un contraste renforcé avec des couleurs puissantes mais sur un projecteur il n’est pas rare de se retrouver avec une image plus sombre que son équivalent SDR, quelles sont les explications à ce résultat et comment faire pour y remédier ? C’est ce que je vous propose de découvrir dans cet article.

Quels sont les formats à haute dynamique acceptés par les projecteurs à l’heure actuelle ?

HDR10

HDR10 est une norme libre (SMPTE ST-2086) qui utilise la méthode normalisée du quantificateur perceptuel (PQ) (SMPTE ST-2084). Les informations de couleur et de luminosité sont transmises avec une profondeur de couleur de 10 bits dans l'espace couleur étendu REC.2020. Les métadonnées transmises sont statiques, c'est-à-dire qu'elles s'appliquent à l'ensemble du contenu vidéo. Le HDR10 est l'une des premières normes ouvertes et est pris en charge par pratiquement tous les fabricants. Le HDR10 fait également toujours partie d'un Blu-ray UHD 4K et est également utilisé dans les flux 4K de Netflix, Amazon Video, etc.

Format ouvert
Spécifié dans la norme SMPTE ST-2084 Quantificateur perceptuel (PQ)
Métadonnées statiques
La configuration minimale requise est HDMI 2.0a
Espace couleur étendu Espace couleur WCG selon bt.2020
Profondeur de couleur de 10 bits

HLG (Hybrid Log Gamma)

Hybrid-Log Gamma, ou "HLG" en abrégé, est une approche totalement nouvelle et a été développée par la BBC et le diffuseur japonais NHK. La norme utilise des valeurs de luminosité relative et s'appuie sur la norme bt.2020, mais l'élargit pour inclure l'espace colorimétrique étendu et la PQ, qui est désormais connue sous le nom de gamme dynamique HLG ou bt.2100. Aucun droit de licence ne doit être payé pour HLG, et la norme peut également être reproduite sur des écrans SDR et HDR. HLG est supporté par toutes les versions HDMI, encodé avec HEVC et VP9. L'avantage est que les transmissions HLG peuvent être lues sur tous les téléviseurs, qu'ils soient SDR ou HDR.

Hybride entre gamma et log
Pas de métadonnées
Luminosité relative
Profondeur de couleur de 10 bits

HDR10+

HDR10+ s'appuie sur la norme HDR10 et l'étend avec des métadonnées dynamiques. Le format a été lancé par Samsung, Pansonic et 20th Century Fox. Amazon Prime Video, Warner Home Video et Philips prennent également en charge le HDR10+. Les valeurs de luminosité peuvent être définies scène par scène ou même image par image. Cette norme est capable de détecter l'espace couleur de l'écran de reproduction.

SMPTE 2094-40 Métadonnées dynamiques
Ajustement des couleurs pour toutes les scènes
Métadonnées dynamiques selon la norme ST.2094
Les métadonnées sont complétées par des informations sur le gradient de couleur.
Nécessite au moins HDMI 2.0a
Reproduction des couleurs dans l'espace colorimétrique bt.2020 ou bt.709, selon l'écran.
Profondeur de couleur de 10 bits

C’est quoi une métadonnée HDR ?

SMPTE ST.2086  est une métadonnée "Master Display Color Volumes"  qui est utilisée pour décrire les capacités de l'écran utilisé pour masteriser le contenu. Les métadonnées SMPTE ST.2086 incluent les coordonnées de chromaticité CIE (x, y) pour les primaires RVB, le point blanc et la luminance min/max de l'affichage de mastering.

Le niveau de lumière moyen ( MaxFALL ) est une métadonnée HDR statique qui correspond à la luminosité moyenne d'image la plus élevée par image dans l'ensemble du flux. La valeur des métadonnées MaxFALL est représentée en nits, une unité de luminance.

Le niveau de luminosité maximal du contenu ( MaxCLL ) est une métadonnée HDR statique supplémentaire qui correspond au pixel le plus lumineux de l'ensemble du flux. Les métadonnées MaxCLL sont représentées en nits.

La luminosité, le nerf de la guerre pour une image à haute dynamique.

Un nit est une unité de mesure qui correspond à un candela/m². C’est une mesure de luminance correspondante à la sensation visuelle de luminosité d’une surface, telle qu’elle peut être perçue par l’œil. Les écrans plats SDR (non HDR) atteignent 100 nits. Les écrans compatibles HDR doivent atteindre un minimum de 540 nits. Les meilleurs écrans actuels montent à 2.000 nits. La norme SMPTE ST 2084 voudrait même que l’on atteigne à terme 10.000 nits.

Dans le monde de la vidéoprojection, l’image étant réfléchie sur un écran, atteindre de tels pics de luminosité devient vite très compliqué voire impossible. Plus on voudra monter en luminance et plus la lampe ou le laser du vidéoprojecteur devra être puissant. A titre d’exemple, pour un écran de 3 mètres de base et pour obtenir 100 nits, donc bien loin des 540 nits évoqués plus haut, il faut déjà un vidéoprojecteur d’une puissance de 1570 lumens .

Pourquoi mon image HDR est trop sombre ?

La reproduction adaptée d’une image à haute dynamique par un vidéoprojecteur est rarement obtenue de manière "plug & play". Cela est généralement dû à plusieurs facteurs. Les téléviseurs et les projecteurs sont souvent limités dans leur puissance lumineuse, les fabricants ne stockent parfois pas les métadonnées ou les stockent de manière incorrecte, de sorte que les appareils de lecture ne reçoivent pas les valeurs adaptées pour afficher correctement une image à l'écran. Et le dernier point est très important pour les propriétaires de projecteurs : la norme HDR n'a jamais été développée pour les projecteurs de home cinéma, mais exclusivement pour les téléviseurs très lumineux !

Par conséquent, la luminosité du projecteur doit être prise en compte pour la plage dynamique à afficher. Avec un projecteur qui atteint 32ftL, ce point idéal est de 1000 nits, avec un projecteur qui n'atteint que 20ftl, ce serait environ 650 nits. Ce n'est que lorsque ce rapport est pris en compte que la luminosité moyenne de l'image HDR semble égale à celle de l'image SDR, mais avec l'avantage supplémentaire d'une image plus contrastée et plus précise des ombres et des hautes lumières plus éclatantes.

L'encodage de la source est également important, il faut déterminer quels niveaux de luminosité doivent être pris en charge par le projecteur et lesquels doivent être ignorés.

Lors de la fabrication d'un projecteur, les fabricants doivent donc décider comment traduire la variation de luminosité de 0 à 1000 nits dans les images HDR en une gradation appropriée des couleurs de l'image en fonction des capacités du projecteur. Cette opération est réalisée arbitrairement sur la plupart des projecteurs home cinéma actuels.

C’est pour cette raison que lorsque les niveaux de contraste et de luminosité sont mal ajustés, qu’on se retrouve avec une image trop sombre, des noirs bouchés et qu’une image SDR apparaît plus belle.

Pour corriger ce point il faudra le réaliser manuellement. Le réglage du niveau maximal de luminosité se fait à l'aide du curseur de contraste et le point le plus sombre à l’aide du réglage de luminosité. Ces deux opérations doivent être réalisées sur le projecteur et non sur la source grâce à des mires de réglages dédiées. Vous conviendrez avec moi que ce n’est pas très « plug and play » et difficulté supplémentaire les films HDR ne sont pas tous encodés avec les mêmes niveaux MaxFALL et MaxCLL.

Sur certains rares appareils comme les derniers JVC c’est le traitement vidéo du projecteur, par le biais d’un dispositif appelé DTM (dynamique tone mapping), qui s’occupe de l’analyse en temps réel des niveaux de chaque image HDR. Cette opération peut également être prise en charge par un logiciel comme madVR.

Des solutions plus simples pour l’utilisateur commencent à voir le jour comme l’intégration du HDR-10+ dans les projecteurs comme l’Epson EH-LS12000 (récemment testé sur le blog) grâce à la détection et la lecture en temps réel des métadonnées dynamiques, mais si vous n’avez pas d’appareils de ce type ou si vous n’utilisez pas de logiciel avec DTM, il n’y a pas d’autres solutions pour corriger une image HDR trop sombre que d’adapter les réglages de contraste et de luminosité en fonction du film projeté.

Conclusion

Avant de jeter votre projecteur avec l’eau du bain en criant au grand complot international et surtout qu’on ne vous y reprendra plus, imprégnez vous des limites de vos appareils en lisant cet article et suivez ces quelques conseils simples de réglages, ajustez le contraste et la luminosité à l’aide des mires de clipping blanches et noires de la suite 4K HDR d’avsforums que vous trouverez ici (cliquez sur le lien).

Liste des projecteurs disponibles sur le marché équipés d’une gestion dynamique des métadonnées HDR :

JVC DLA-N5/N7/NX9

JVC DLA-NZ7/NZ8/NZ9

EPSON EH-LS12000B/EH-LS11000W

LG HU810P/HU85LA

Pour les autres c’est passage obligatoire par la correction manuelle si votre image est trop sombre.

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