Photographie/Filtres optiques/Filtres modifiant la température de couleur
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Fabricants et marques de produits et de matériels Personnalités du monde de la photographie Éditeurs de cartes postales photographiques Thèmes ▪
Bibliographie
■ préface - SOMMAIRE COMPLET ■ notions fondamentales et conseils pour les débutants ■ aspects esthétiques, thèmes photographiques ■ références scientifiques ■ photométrie, colorimétrie, optique ■ appareils, objectifs, éclairage, accessoires, entretien ■ procédés chimiques ■ procédés numériques ■ caractéristiques physiques des images, densité, netteté ■ compléments techniques et pratiques ■ photographie et vie sociale, histoire, enseignement,institutions, droit... | ||||||
Problèmes d'adaptation
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On sait que par un phénomène subjectif l'œil perçoit comme blanches des lumières de compositions spectrales très différentes, après un certain temps d'adaptation. C'est ainsi que la lumière des lampes à incandescence nous paraît jaune en plein jour et blanche le soir. En revanche, les émulsions inversibles en couleurs constituent des récepteurs objectifs qui ne sont capables de traduire par un blanc pur que la lumière blanche de composition déterminée pour laquelle elles ont été équilibrées. Par exemple, les émulsions du type « lumière du jour » adaptées normalement à une température de couleur d'environ 6.000 K, traduisent les sujets éclairés par la lumière de lampes à incandescence (2.800 à 3.200 K) par des teintes jaunes ou rougeâtres inacceptables pour l'œil. On obtient facilement le même résultat avec un appareil numérique dont la balance des blancs a été réglée, volontairement ou plus probablement par mégarde, sur lumière du jour.
En photographie argentique, faute d'adaptation de l'émulsion et de la source, on obtient une dominante jaunâtre ou bleuâtre plus ou moins forte selon le sens et l'importance du déséquilibre des températures de couleurs. Il devient dans certains cas nécessaire de modifier la qualité de la lumière à l'aide de filtres que l'on place devant la source lumineuse ou plus généralement, pour des raisons pratiques, devant l'objectif de prise de vue. Cette façon de faire est quasi systématique dans le cas de la prise de vue cinématographique professionnelle, où l'on cherche à homogénéiser l'ambiance colorée des séquences successives. La question ne se pose plus guère avec les appareils numériques qui offrent pratiquement tous la possibilité de prérégler ou de mesurer un blanc de référence, mais ... encore faut-il y penser.
Principe du filtrage
modifierUn filtre jaune absorbe du bleu et abaisse la température de couleur tandis qu'un filtre bleu l'élève en absorbant du rouge et du jaune. Dans tous les cas, on perd une certaine quantité de lumière et il faut prolonger la pose.
Les sources usuelles ont des températures de couleur comprises entre 2.800 et 6.500 K environ. À 2.800 K, le rayonnement comporte beaucoup de rouge et peu de bleu tandis qu'à 6.500 K on y trouve une proportion presque égale de toutes les radiations. Il faut retenir (nous le démontrerons plus loin) que les filtres sont plus actifs sur les rayonnements de forte température de couleur que sur les autres. En effet, ils ne peuvent qu'absorber de la lumière sans jamais en créer : un filtre jaune placé devant une lampe à incandescence laisse passer pratiquement tout le rouge et le jaune, l'absorption du peu de bleu contenu dans le rayonnement étant presque négligeable ; inversement, un filtre bleu placé devant une telle source doit être très dense pour absorber presque tout le rouge et le jaune afin que la proportion des rayonnements de ces deux couleurs devienne comparable à celle du bleu, la perte de lumière devient alors énorme.
Devant une source à haute température de couleur, les filtres même clairs apportent plus facilement des modifications notables car au départ, les différentes couleurs sont à peu près également représentées dans le rayonnement complexe.
Degrés réciproques (mired)
modifierPour comprendre ce qui va suivre, il faut revenir à la notion de rayonnement du corps noir : un corps réel quelconque (filament de tungstène par exemple) porté à la température absolue T émet un rayonnement continu de composition similaire à celui d'un corps noir idéal porté à la température absolue Tc. Dans ces conditions, on dit que Tc est la température de couleur du corps réel. Rappelons aussi que maximum d'émission du corps noir a lieu pour une longueur d'onde définie par la loi de Wien et telle que :
L'interposition d'un filtre jaune ou bleu devant une source lumineuse a pour effet de décaler d'une certaine quantité la valeur de . Si To est la température de couleur de la source nue et T celle du rayonnement filtré, on obtient :
Les expériences colorimétriques montrent que le décalage du maximum d'émission produit par un filtre donné est pratiquement indépendant de la valeur initiale de To. Autrement dit, un même filtre décale de la même quantité n'importe quelle courbe d'émission, même lorsque le maximum est situé hors du spectre visible, comme cela se produit pour les lampes à filament de tungstène.
C'est pourquoi, au lieu d'utiliser les températures de couleur elles-mêmes, on adopte leurs inverses pour apprécier l'effet des filtres correcteurs. On exprime cette nouvelle grandeur en mired ou degrés réciproques (Micro Reciprocal Degrees), après avoir multiplié l'inverse par 1 000 000 ou par 100 000 si l'on préfère utiliser le décamired (daM) :
On obtient ainsi la correspondance suivante :
| Tc | 2.000 | 2.500 | 3.000 | 3.500 | 4.000 | 4.500 | 5.000 | 5.500 | 6.000 | 6.500 |
| Θ daM | 50 | 40 | 33,3 | 28,6 | 25 | 22,2 | 20 | 18,2 | 16,7 | 15,4 |
Un filtre modifie donc n'importe quelle température de couleur du même nombre X de daM et ce nombre le caractérise. X est négatif pour les filtres bleuâtres qui élèvent Tc et positif pour les filtres jaunâtres qui l'abaissent. Étudions par exemple l'effet d'un filtre bleu de -10 daM et d'un filtre jaune de +10 daM sur deux sources :
| bleu -10 daM | jaune + 10 daM | ||||
| avant filtrage | To K | 2.500 | 5.000 | 2.500 | 5.000 |
| Θo daM | 40 | 20 | 40 | 20 | |
| après filtrage | Θ daM | 30 | 10 | 50 | 30 |
| T K | 3.333 | 10.000 | 2.000 | 3.333 | |
| ΔT K | +833 | +5.000 | -500 | -1.777 | |
Il apparaît clairement que l'effet d'un même filtre sur une lumière est d'autant plus grand que la température de couleur est plus élevée, ce que nous avions précédemment laissé entendre.
Différents types de filtres modifiant la température de couleur
modifierAttention, le vocabulaire est précis et les diverses catégories de filtres décrites ci-dessous ne doivent pas être confondues !
- les filtres correcteurs de lumière décalent légèrement le spectre de manière à obtenir des couleurs plus « froides » (plus bleues) ou plus « chaudes » (plus jaunes).
- les filtres de conversion modifient fortement la température de couleur, ce qui permet d'utiliser un film type « lumière du jour » avec un éclairage à incandescence ou inversement.
- les filtres compensateurs de lumière permettent d'obtenir une qualité de lumière proche de celle d'un rayonnement thermique à partir de sources dont le spectre d'émission est déséquilibré (tubes fluorescents, etc.).
Filtres correcteurs de lumière
modifierDeux séries existent, les filtres bleutés augmentent la température de couleur et les filtres ambrés la diminuent. Les références les plus connues sont celles des filtres en gélatine Wratten fabriqués par Kodak :
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Par exemple, le filtre Kodak bleuté 82A, de caractéristique -21 mireds, permet d'obtenir une température de couleur de 3.200 K à partir d'une source à 3.000 K, ou une température de couleur de 3.400 K à partir d'une source à 3.180 K.
Filtres de conversion
modifierLe principe est le même que celui des filtres de correction mais avec des valeurs en mireds beaucoup plus importantes. Certains filtres ambrés dont la référence comporte un « N » permettent, grâce à l'incorporation d'une densité neutre, d'atténuer la lumière en même temps qu'ils la convertissent. Ils sont destinés avant tout aux prises de vues cinématographiques, lorsque l'on cherche à augmenter l'ouverture du diaphragme pour diminuer la profondeur de champ.
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Par exemple, le filtre Kodak bleu 80A de caractéristique -131 mireds permet de faire passer la température de couleur de 3.200 à 5.500 K.
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Filtre 80A Hoya à la lumière du soleil -
Éclairage tungstène, balance des blancs sur éclairage tungstène -
Éclairage tungstène, balance des blancs sur lumière du jour
- À la lumière du jour, ce filtre paraît logiquement bleuté et naturellement toute photographie prise à travers lui présenterait cette dominante.
- À la lumière d'une lampe à incandescence, avec un appareil photographique numérique dont la balance des blancs a été réglée pour ce type d'éclairage, le livre paraît à peu près blanc et le filtre garde son aspect bleuté.
- Toujours à la lumière d'une lampe à incandescence, mais avec la balance des blancs réglée sur lumière du jour, le livre paraît franchement jaune orangé et le filtre prend un aspect gris à peu près neutre et relativement foncé. On simule ici ce que serait une photographie d'un sujet éclairé par des lampes à incandescence, à travers ce filtre et avec un film type « lumière du jour » : l'image est très assombrie, car il faut absorber beaucoup de rouge, et ramenée vers une neutralité chromatique approximative.
Filtres compensateurs de lumière
modifierCes filtres permettent d'atténuer plus ou moins une ou deux des régions spectrales et on trouve donc 6 gammes de teintes : rouge, vert et bleu pour les filtres dont l'absorption s'étend sur deux régions, cyan, magenta et jaune pour ceux qui n'en atténuent qu'une. Ainsi, on utilisera par exemple un filtre légèrement magenta pour atténuer la dominante verdâtre produite par les tubes fluorescents utilisés avec un film type « lumière du jour ». Attention ! Il est absolument impossible d'opérer une compensation sur un rayonnement dont certaines couleurs sont totalement absentes et, a fortiori, sur un rayonnement monochromatique comme celui qu'émettent les lampes au sodium.
Association de filtres
modifierEn cas de besoin, l'utilisation conjointe de plusieurs filtres permet de réaliser des corrections très précises. Il se peut par exemple qu'un filtre de compensation magenta utilisé en présence de tubes fluorescents donne finalement une lumière trop froide ; on l'améliorera en ajoutant un filtre de correction jaune clair. Quand c'est possible, il vaut mieux placer l'empilage de filtres devant la source plutôt que sur l'objectif, afin de ne pas altérer la qualité de l'image.
Un autre avantage d'exprimer les températures de couleur en Mireds est que l'effet d'une superposition de filtres se calcule très facilement en faisant la somme algébrique des valeurs caractéristiques des filtres utilisés. Par exemple, un filtre de -40 Mireds associé à un filtre de + 90 Mireds donnera l'équivalent d'un filtre unique de 90 - 40 = 50 Mireds. Il est donc possible de simuler l'effet d'un filtre que l'on ne possède pas, si l'on peut trouver une association viable parmi ceux que l'on possède, mais c'est tout de même une solution de dépannage et rien d'autre.
Il faut préciser pour tempérer les enthousiasmes qu'en superposant des filtres, les densités s'ajoutent, l'image est donc assombrie, les défauts optiques s'ajoutent également, tandis que les réflexions multiples sur les surfaces air-verre diminuent les contrastes.
Le thermocolorimètre et son usage
modifierAvant de songer à corriger une lumière, encore faut-il la connaître ...
Le thermocolorimètre donne non seulement la valeur de la température de couleur, mais aussi les corrections à apporter pour obtenir la qualité de lumière que l'on souhaite. Son fonctionnement repose sur l'évaluation du rapport des composantes bleue et rouge d'une lumière à analyser, du moins pour les modèles les plus simples.
Attention ! Pour photographier correctement avec un film « lumière du jour » certains sujets qui présentent naturellement une forte dominante, il ne faut faire aucune correction. Par exemple, une mesure de température de couleur sur la rougie d'un coucher de soleil donnerait une valeur très basse et le thermocolorimètre préconiserait alors un filtrage bleu intense ramenant la couleur vers le gris ; toute l'ambiance colorée qui fait le charme de ce sujet serait ainsi perdue.
Exemple de thermocolorimètre ancien à galvanomètre
modifierCet appareil qui fut une référence voici quelques années fonctionne de façon totalement autonome, il ne comporte en effet aucune source d'énergie. Comme tous les thermocolorimètres, il effectue des mesures en lumière incidente. Après l'avoir placé au voisinage immédiat du sujet, il faut donc orienter la cellule vers la source de lumière principale. On libère l'aiguille en appuyant sur un bouton situé dans l'évidement visible en haut de la photo de droite et, lorsqu'elle s'est stabilisée, on relâche le bouton afin qu'elle garde sa position. La température de couleur se lit alors directement, ici, un peu moins de 3.000 K.
Le petit triangle du bas étant sur la position D (comme Daylight, lumière du jour), l'aiguille se trouve en face du nombre 16 sur l'échelle bleue, qui correspond à une correction nécessaire de -16 décamireds. On utilisera le filtre bleu B15 qui est le plus proche ou n'importe quel équivalent (Wratten 80B + 82A par exemple). Naturellement, avec un film équilibré pour la lumière des lampes à incandescence, le triangle devrait être placé sur B et la correction à réaliser serait alors minime ou nulle.
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Exemple de thermocolorimètre moderne à affichage numérique
modifierLe second appareil présenté est beaucoup plus récent et il offre davantage de possibilités. Il peut bien sûr mesurer la température de couleur de lumières continues, mais aussi celle des éclairs de flashes, ce qui est utile car les réflecteurs et les boîtes à lumières utilisées utilisées en studios n'ont pas toujours une teinte parfaitement neutre. Les deux types de lumière peuvent être pris en compte simultanément, par exemple lorsque l'éclair d'un flash vient s'ajouter à un éclairage d'ambiance. Accessoirement, cet appareil peut aussi servir de luxmètre pour mesurer les éclairements.
On notera sur le dos de l'appareil une table qui comporte les deux types de filtres utiles pour rétablir autant que faire se peut l'équilibre de diverses lumières :
- Les filtres notés LB, pour Light-Balancing, sont ceux qui décalent la température de couleur, c'est-à-dire les filtres correcteurs et les filtres de connversion. Ces filtres sont jaunâtres ou bleuâtres.
- les filtres marqués CC, pour Color-Compensating, sont les filtres compensateurs qui permettent de ramener la composition des rayonnements très déséquilibrés vers celle de rayonnements thermiques. Ces filtres sont de teinte magenta (ils absorbent alors le vert) ou verte (ils absorbent alors le magenta, c'est-à-dire à la fois le rouge et le bleu).
Contrairement au thermocolorimètre Gossen, cet appareil ne prend pas seulement en compte l'équilibre du bleu et rouge dans les rayonnements analysés, il réalise une mesure du vert et le logiciel embarqué est capable d'indiquer directement le filtrage à utiliser.
Dans l'exemple illustré ci-dessous, la température de couleur de la lumière est de 2.640 K et l'on utilise un film type A équilibré pour 3.400 K, prévu pour travailler avec des lampes survoltées type « flood ». La correction nécessaire est de -85 mireds et elle s'accompagne d'une légère compensation en magenta pour éliminer un excès de vert. Le filtre Wratten bleuté 80C est le plus proche de la valeur souhaitée et on lui associera un filtre compensateur CC 05M, l'écart avec la valeur optimale étant alors pratiquement imperceptible et probablement inférieur aux tolérances d'équilibre colorimétrique du film lui-même.
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Le filtrage et les procédés argentiques
modifier- Pour les utilisateurs de diapositives, surtout ceux qui travaillent en studio, la réponse n'a pas changé : c'est oui, sans l'ombre d'un doute, s'ils veulent des résultats parfaits. Il faut obtenir dès la prise de vue les conditions permettant d'obtenir des images bien équilibrées, sans dominante perceptible, puisqu'il sera pratiquement impossible d'effectuer des corrections par la suite. Naturellement, le choix d'un film adapté aux conditions de prise de vue est toujours préférable au montage d'un filtre, même si celui-ci est monté sur la source lumineuse et non sur l'objectif. Pour ceux qui n'y penseraient pas, il reste tout de même la possibilité de doubler les diapositives par des gélatines teintées pour limiter les dégâts, mais cette solution est onéreuse et complique de toute manière la chasse aux poussières indispensable avant toute séance de projection.
- Pour ceux qui restent fidèles au pellicules négatives couleur, il est possible lors du tirage sur papier ou du passage au scanner de corriger de grosses dominantes. Contrairement à ce qui se passe pour les diapositives, l'amateur moyen n'a à sa disposition qu'un seul type de film destiné à être utilisé de manière indifférenciée aussi bien à la lumière du jour qu'à celle, très différente, des lampes à incandescence ou des éclairages fluorescents. Cependant, on trouve sur le marché professionnel des films négatifs équilibrés pour la lumière à incandescence et ce n'est sûrement pas par hasard : l'information enregistrée dans l'émulsion est toujours de meilleure qualité lorsque les caractéristiques des émulsions sont adaptées à celles des éclairages.
Le filtrage et les procédés numériques
modifierLe basculement de la photographie argentique vers les techniques numériques est en voie d'achèvement et la question semble réglée pour ceux qui ont définitivement abandonné le film. Cependant, la bonne réponse n'est peut-être pas aussi brutale qu'il n'y paraît.
À de rarissimes exceptions près, tous les appareils proposent aujourd'hui la possibilité de régler la « balance des blancs ». Notons au passage qu'il vaudrait mieux dire « l'équilibrage des couleurs », mais nous nous conformerons aux usages... Cependant, ceci ne vaut que pour ceux qui se contentent d'une sortie en « JPEG » et non pour ceux qui opèrent en mode « RAW ».
Dans un appareil argentique, chaque film possède son propre équilibrage des couleurs et pour obtenir un résultat parfait, il faut donc utiliser le bon type de film, associé au filtre approprié lorsque c'est nécessaire. Dans un appareil numérique, en revanche, on ne change pas le capteur et il faut donc opérer autrement.
Une première façon de voir les choses pourrait être de considérer que la réponse du capteur correspond à la situation la plus fréquente, c'est-à-dire à une prise de vue en lumière solaire naturelle, par beau temps. Comme dans le cas des films, l'équilibrage pourrait donc se faire en munissant l'appareil du filtre approprié, ou plus exactement de la combinaison de filtres permettant d'atteindre un résultat aussi proche que possible de l'idéal. Il va sans dire que la plupart des photographes seraient vite rebutés par ce genre de manipulation, y compris ceux probablement très minoritaires qui les effectueraient en toute connaissance de cause ! Encore faudrait-il posséder un appareil muni d'un système de fixation pouvant recevoir des filtres, or les appareils compacts en sont généralement démunis.
Fichiers bruts ou fichiers traités ?
modifierLes données brutes fournies par le capteur sont contenues dans un fichier « RAW », inutilisable tel que quel pour obtenir une image et d'ailleurs inaccessible sur la plupart des appareils compacts. Ces données subissent ensuite un traitement informatique aboutissant à la confection d'un fichier « JPEG », comprimé et toujours appauvri par rapport au fichier de départ, mais directement adapté à la visualisation sur un écran informatique et à l'impression pour obtenir une épreuve sur papier.
Les photographes expérimentés préfèrent en général utiliser les fichiers RAW pour obtenir des images finales plus fines, plus détaillées dans les ombres et dans les hautes lumières que celles qu'ils obtiendraient en laissant faire l'appareil. Ils doivent de ce fait prendre à leur charge tout le traitement des images, au lieu de le « sous-traiter » aux automatismes de l'appareil. Au contraire, ceux qui ne veulent pas s'embarrasser de considérations techniques laissent l'appareil se débrouiller seul ; cependant, ces derniers doivent savoir qu'ils obtiennent ainsi un équilibrage des couleurs plus ou moins imparfait. En effet, les sujets présentant de fortes dominantes, comme les couchers ou les levers de soleil, vont provoquer des corrections exagérées, tirées vers la couleur complémentaire ; un coucher de soleil devenu verdâtre est toujours décevant...
Bien régler la balance des blancs
modifierLorsque les conditions d'éclairage sont à peu près constantes, plutôt que d'utiliser la balance des blancs automatique, il est plus avantageux de choisir l'un des réglages préprogrammé du type soleil brillant, temps couvert, éclairage à incandescence ou encore éclairage fluorescent.
Dans les cas difficiles, par exemple lorsque le sujet reçoit simultanément des lumières venant de sources très différentes, la possibilité de faire une mesure sur un blanc de référence est particulièrement utile. Souvent, des modes particuliers sont prévus, par exemple pour les couchers de soleil que nous évoquions plus haut. Évidemment, plus il y a de réglages et plus la possibilité de laisser l'appareil fonctionner sur un mode inadéquat augmente ... Cependant, rappelons que ces réglages n'agissent pas sur la lumière qui frappe le capteur, mais sur les modifications de l'image électronique qui sera enregistrée.
Filtrer malgré tout pour corriger la température de couleur ?
modifierCette question se pose seulement pour ceux qui opèrent en mode RAW ! Dans le cas contraire la seule solution est de faire confiance aux divers modes de l'appareil, puis éventuellement à affiner l'équilibrage en post-traitement.
Un fichier RAW correspondant à une photographie prise en lumière artificielle nécessite une correction massive pour éliminer l'excès de jaune et de rouge. On peut imaginer que cette correction peut être évitée ou fortement minimisée si la prise de vue est effectuée à travers un filtre de correction bleuté. Il faudrait faire des essais systématiques pour savoir quelle est la meilleure solution... et il est fort probable que la réponse à cette question puisse varier d'un appareil à l'autre.
Néanmoins, il peut être intéressant d'utiliser un filtre dégradé légèrement teinté afin d'équilibrer les températures de couleur lorsqu'il existe une grande différence entre 2 zones. Un filtre de type Cokin permet également une utilisation optimale puisque le filtre peut être placé de différentes façons. Ceci peut faciliter le travail ultérieur avec un logiciel de traitement d'images.
Cette utilisation d'un filtre dégradé a pour but de modifier les couleurs, il ne faut pas la confondre avec l'équilibrage des valeurs et la réduction des contrastes qui nécessitent le recours à un filtre dégradé gris.
Abaque des filtres correcteurs et de conversion
modifier| L'expression de la température absolue en mireds plutôt qu'en kelvins permet d'établir des graduations linéaires et donc de tracer facilement des abaques avec lesquels on détermine le filtrage nécessaire pour passer d'une température de couleur à une autre. La température de couleur T1 du rayonnement initial est reportée sur la graduation de gauche, tandis que la température de couleur T2 que l'on cherche à obtenir est reportée sur la graduation de droite. On repère les deux points correspondants sur les deux graduations et on les relie par un trait droit dont l'ntersection avec la ligne centrale graduée en mireds donne le filtre à utiliser. |
Fichier:Echelle filtres couleurs.jpg |
Images en réserve
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Filtres optiques
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