Qu'est-ce que le dithering ? Floyd–Steinberg, Atkinson et Bayer

Qu'est-ce que le dithering ? Le dithering (ou tramage, en français) permet d'afficher plus de tons qu'un écran ou une imprimante ne sait réellement en produire, en organisant les quelques couleurs disponibles en motifs que l'œil mélange. Vu à distance normale, un semis de pixels noirs et blancs se lit comme du gris. Ce guide explique le fonctionnement des principaux algorithmes, ce qui les distingue et comment obtenir un résultat propre.

Pourquoi le dithering existe

Les premiers ordinateurs, imprimantes et consoles portables disposaient de palettes minuscules. Un écran 1 bit n'offre que deux valeurs par pixel : allumé ou éteint. Si l'on se contente d'arrondir chaque pixel d'une photo à la valeur disponible la plus proche (ce qu'on appelle le seuillage), tous les gris moyens deviennent des aplats noirs ou blancs et l'image se désagrège.

Le dithering corrige ce problème en sacrifiant de la résolution spatiale au profit de la résolution tonale. Au lieu d'exiger que chaque pixel soit juste à lui seul, on s'assure que de petites zones retrouvent en moyenne la bonne luminosité. Le principe fonctionne avec n'importe quelle palette limitée, de 2 couleurs à 16 ou 256.

Diffusion d'erreur ou dithering ordonné

Les algorithmes de dithering se répartissent en deux grandes familles.

• La diffusion d'erreur traite les pixels un par un, généralement de gauche à droite et de haut en bas. Chaque pixel est arrondi à la couleur la plus proche de la palette, et l'écart (l'erreur de quantification) est reporté sur les pixels voisins qui n'ont pas encore été traités. Le rendu est organique et granuleux, et il conserve bien les détails.
• Le dithering ordonné compare chaque pixel à une grille de seuils fixe qui se répète. Aucune information ne circule d'un pixel à l'autre : le résultat présente une texture régulière, au motif bien visible. La méthode est rapide et entièrement prévisible.

Floyd–Steinberg

Publiée par Robert Floyd et Louis Steinberg en 1976, c'est la méthode de diffusion d'erreur la plus connue. Une fois un pixel arrondi, son erreur est répartie entre quatre voisins :

        *    7/16
 3/16  5/16  1/16

Le * représente le pixel en cours. Les fractions totalisent 16/16 : toute l'erreur est transmise, et la luminosité globale de l'image est préservée. Floyd–Steinberg excelle donc sur les dégradés doux et les tons photographiques subtils, au prix d'un grain fin et chargé sur toute l'image.

Atkinson

Bill Atkinson a mis au point cette variante chez Apple, et elle est devenue la signature visuelle du premier Macintosh de 1984 et de son écran noir et blanc 1 bit. Elle répartit l'erreur sur six voisins, à raison de 1/8 chacun :

     *   1   1
 1   1   1
     1

Seuls 6/8 de l'erreur sont distribués ; le quart restant est abandonné. Comme une partie de l'erreur est perdue, les zones presque blanches ont tendance à basculer vers le blanc pur, et les zones presque noires vers le noir pur. Vous perdez un peu de détail dans les hautes lumières et les ombres, mais vous obtenez un rendu plus net et plus contrasté, avec moins de bruit dans les aplats.

Bayer 4×4 et 8×8

Les matrices de Bayer, du nom de Bryce Bayer, ingénieur chez Kodak, sont les grilles de seuils de référence du dithering ordonné. Une matrice 4×4 contient 16 valeurs de seuil :

  0   8   2  10
 12   4  14   6
  3  11   1   9
 15   7  13   5

Chaque valeur est ramenée à l'échelle de luminosité, et le pixel s'allume s'il est plus clair que le seuil correspondant à sa position dans la grille répétée. Une matrice 4×4 permet d'exprimer 17 niveaux de ton distincts et produit un quadrillage épais et marqué. Une matrice 8×8 contient 64 seuils, soit 65 niveaux, pour des dégradés plus doux et un motif plus fin.

Quel algorithme choisir ?

• Floyd–Steinberg : photos, portraits et dégradés doux, quand vous recherchez la meilleure fidélité tonale.
• Atkinson : graphismes très contrastés, logos, visages fortement éclairés, et tout ce qui doit rappeler les logiciels des premiers Mac.
• Bayer 4×4 : un look volontairement rétro, à motif, qui reste lisible même en petit format.
• Bayer 8×8 : le même look à motif, avec des dégradés plus doux.

Pour la vidéo, le dithering ordonné présente un avantage pratique. Comme chaque pixel est jugé uniquement par rapport à une grille fixe, une zone immobile reste identique d'une image à l'autre. Avec la diffusion d'erreur, le grain peut scintiller, car la moindre variation se propage dans toute l'image.

Essayer avec le générateur de tramage

Ouvrez le Générateur de tramage (dithering) et chargez une image : importez-la, faites-la glisser dans l'outil ou collez-la avec Ctrl+V / Cmd+V.

1. Augmentez d'abord le contraste. Le dithering accentue les tons moyens ternes. Montez le contraste, puis jouez sur la luminosité et le gamma (0,2–3,0) pour placer les détails importants dans les tons moyens.
2. Comparez les quatre modes. Passez de Floyd–Steinberg à Atkinson, Bayer 4×4 et Bayer 8×8 sur la même image. Les préréglages en un clic Macintosh 1984 (Atkinson) et Diffusion d'erreur Floyd–Steinberg sont de bons points de départ.
3. Activez Inverser clair/sombre si votre sujet est sombre sur fond clair et que le résultat semble à l'envers.
4. Exportez en PNG, jamais en JPEG. Le PNG est sans perte : chaque pixel reste parfaitement noir ou blanc. La compression JPEG transforme les bords nets en blocs gris et en artefacts, et détruit le motif que vous venez de créer.

Tout s'exécute dans votre navigateur : vos images ne quittent jamais votre appareil. Si vous préférez restituer la même image en caractères, essayez Image en ASCII, ou transformez un clip en art texte avec Vidéo en ASCII.

Où voit-on du dithering aujourd'hui ?

• Le pixel art façon Game Boy. L'écran de la Game Boy d'origine affichait quatre nuances : les artistes utilisaient des motifs de dithering pour suggérer des tons supplémentaires, et ce rendu est devenu un style à part entière.
• L'esthétique risographie et fanzine. Les graphistes utilisent des motifs de dithering grossiers pour donner une texture imprimée et granuleuse à leurs affiches et à leurs zines.
• Les écrans à encre électronique. Les liseuses n'affichent qu'un nombre limité de gris : les images y sont donc souvent tramées pour paraître plus douces.
• Le web et les jeux indépendants. Les jeux en 1 bit ou à palette limitée font du dithering une signature visuelle assumée.

Si vous préférez des points qui grossissent et rétrécissent plutôt que des pixels dispersés, lisez Qu'est-ce que le halftone ?, qui compare les deux techniques.