Comprendre les états linéaire et non linéaire d'une image

En post-traitement astronomique, on entend souvent « ce processus doit se faire en état linéaire » ou « celui-là attend le passage en non linéaire », mais qu’est-ce donc que le linéaire, et qu’est-ce que le non linéaire ? C’était autrefois une notion que j’avais beaucoup de mal à expliquer clairement aux autres. J’ai fini par trouver une meilleure façon de l’expliquer : en l’observant à travers la courbe MTF. Cet article utilise la MTF avec l’outil Histogram Transformation (HT) pour tracer clairement la frontière entre les deux.

Définir le linéaire et le non linéaire avec la courbe MTF

La clé tient à une seule action : dès que vous changez la position du midtone (ton moyen), la sortie de l’image n’est plus linéaire.

La raison en est que régler le midtone modifie « le rapport d’espacement entre les pixels de luminosité différente ». À l’origine, les relations de luminosité des pixels entre eux sont dans une proportion constante (linéaire) ; une fois le midtone déplacé, cette proportion est déformée et la sortie devient naturellement non linéaire (vous pouvez le comparer à la variation de la courbe dans la section de sortie de l’outil HT).

Voir la chose sous un autre angle est plus intuitif : traditionnellement, une astrophotographie tout juste intégrée est une étendue d’un noir absolu où l’on ne voit rien (état linéaire), et ce que nous devons faire, c’est la remonter jusqu’à voir clairement la cible — et cette action est forcément un étirement non linéaire de grande ampleur. Par exemple, après une intégration dans APP, outre le fichier linéaire où l’on ne voit rien qui est produit, si vous cliquez sur l’enregistrement situé sous l’étirement, à droite, une seconde photo non linéaire déjà étirée sera également enregistrée.

(Il existe aussi une opinion selon laquelle un réglage de très faible ampleur peut encore être considéré comme linéaire ; cet article adopte la définition plus stricte : dès que l’on touche au midtone, on considère être entré dans l’état non linéaire.)

Régler seulement le shadow ou le highlight ne casse pas la linéarité

Tous les réglages ne rendent pas l’image non linéaire. Si vous ne bougez que le shadow (le point extrême des zones sombres) ou le highlight (le point extrême des zones claires), vous ne changez pas la relation linéaire entre les pixels ; vous ne faites que mettre à l’échelle ou rogner les points extrêmes :

• Déplacer le shadow vers la droite : dilater les ombres (écarter les tons sombres).

• Déplacer le shadow vers le haut : faire sortir progressivement les ombres en gris.

• Déplacer le highlight vers la gauche : dilater les hautes lumières.
• Déplacer le highlight vers le bas : faire sortir progressivement les hautes lumières en gris.

J’ajoute un détail d’ordre technique : comme l’outil HT de PixInsight a désormais retiré les options Low et High Ranges, les démonstrations ci-dessus du « déplacer vers le haut / déplacer vers le bas » (sortie en gris), je les ai présentées en utilisant à la place l’outil Curves.

Pourquoi se soucier de cette frontière

Comprendre le sens du linéaire/non linéaire est très concret : beaucoup de processus de traitement d’image (comme la calibration des couleurs ou la déconvolution) ne s’exécutent correctement qu’en état linéaire ; dès que vous avez étiré et bougé le midtone, l’image passe en non linéaire et les résultats de certains processus se faussent. C’est pourquoi, lorsque vous bâtissez un flux de travail, savoir clairement à l’avance « si cette étape doit se faire avant ou après l’étirement » est souvent plus important que de mémoriser chaque bouton.