De l'utilité du 14 bits...

[astrophoto]

sur un fil qui traitait au départ du mode priorités haute lumières, on en est venus à débattre de l'introduction du 14 bits sur les derniers appareils type D300 ou 40D, par rapport au 12 bits utilisé précédemment : http://www.chassimages.com/forum/index.php/topic,13023.0/all.html

Le 14 bits est clairement un argument de vente, les constructeurs nous disent que ça améliore la qualité d'image, en particulier dans les basses lumières. D'ailleurs j'ai vu ces derniers temps sur le forum plusieurs personnes qui regrettent que leur appareil ne soit "que en 12 bits".

Pour ma part, je pense que le 14 bits n'est qu'un argument marketing qui n'apporte rien de sensible sur les reflex actuels (sauf peut-être sur certains reflex genre D3, et encore) car en pratique le ou les derniers bits, même en 12 bits, sont noyés dans le bruit. Je ne suis pas le seul à penser ça : http://theory.uchicago.edu/~ejm/pix/20d/tests/noise/noise-p3.html

Plutôt que des discours ou des chiffres, voici une expérimentation. Je suis parti d'une portion d'une photo prise avec un 40D à 100 ISO, cette portion est extrêmement sombre et on va vraiment taquiner le bruit de fond, c'est le cas le plus favorable pour voir l'apport du 14 bits. Avec le fameux logiciel Iris qui permet beaucoup de manipulations sur les données raw, j'ai annulé successivement les 2, 3 et 4 derniers bits pour faire comme si l'appareil avait travaillé respectivement à 12, 11 et 10 bits.

[astrophoto]

voici donc les images :

14 bits, l'original :


12 bits :


11 bits :


10 bits :

[astrophoto]

pour mieux voir la différence, j'ai fait des petites animations à deux images :

animation 14 et 12 bits :

Je vous assure que c'est une animation ! Si vous voyez quelque chose qui bouge, faites-moi signe


Animation 14 et 11 bits :

On commence à percevoir quelque chose (si si, regardez bien)


Animation 14 et 10 bits :

C'est un peu plus visible, mais c'est loin d'être catastrophique.

Ma conclusion : aucune différence sur un 40D entre 14 et 12 bits, il faut commencer à descendre à 11 bits pour percevoir un chouia de quelque chose et même à 10 bits ça passe encore très bien. Il y a de la marge !

Vos commentaires sont les bienvenus 

[coval95]

En effet, le mouvement sur l'avant-dernière est à peine perceptible, j'ai dû mettre le nez presque sur mon écran ! Sur la dernière il se décèle déjà mieux. Mais c'est vrai que même s'il y a une (petite) différence visible, ça ne signifie pas que l'image soit significativement meilleure en 14 bits.

[astrophoto]

voici en complément l'image 9 bits :


et l'animation 14 et 9 bits :


Là, la perte commence à être vraiment nette. Mais on est descendus à 9 bits, soit 5 de moins que l'original !

[Lou40D]

ah oui ca passe meme pas mal voir bien en 8 bits (JPG) ...
On en recause dès qu'on commence à toucher à l'image en post traitement, pardon !! DEVELLOPEMENT.

entre 8 et 12 ca se remarque à moins d'être aveugle, en 12 et 14 surement moins, mais c'est ce qui fait la différence.

et 8 bits, je le rapelle rien qu'en colorisation c'est 256 nuances de chaque composante de couleur.
256x256x256= 16 millions de nuances possible.

12 bit c'est ... 2^12 * 2^12 * 2^12

14 c'est .. + encore

Et ce fameux 14 bits ca permet , ou en tout cas c'est employé dans les apn "d'aujourdhui" pour justement proposé la prio HL avec le fameux -2/3 d'IL + vers la droite (HL) et laisser/traiter au mieux possible les BL en un état autre chose que que du bruit ou de la bouilli.

Donc oui c'est utile. C'est certes employé comme un argument commercial mais ca sert.

Certes la différence n'est que de 2 bit entre 12 et 14 .. toutu comme entre 14 et 16 .. mais entre 12 et 16 .. pouah la diff... ca se remarque vraiment, sinon les hassel et compagnie s'enquiquinerais pas avec du 16 bits.

Bien sur dans tout les cas, toute cette augmentation de bit est acompagné (et ce doit de l'etre) d'un capteur plus performant. Et en additionnant les performance pour garder une cohérence de résultats : ca donne des images "+" nuancé avec beaucoup + de marge de traitement, traitement en post prod ou interne par le boitier lorsqu'il créer le JPG... 8 bits.

Que commercial tout ca? : non, mais le commercial s'en sert et ils ont bien raison. Quel industriel ne metterais pas en avant UNE amélioration aussi infime soit-elle? ce qui permet  danas l'avenir d'apporter une amélioration à l'amélioration tout en restant coherent, et ainsi de suite.

[fte]

Ma conclusion : aucune différence sur un 40D entre 14 et 12 bits, il faut commencer à descendre à 11 bits pour percevoir un chouia de quelque chose et même à 10 bits ça passe encore très bien. Il y a de la marge !

Vos commentaires sont les bienvenus 

Je n'ai pas potassé comment Canon utilise les 14 bits (bias, amplification, etc). Mais comme je comprends la chose, les 2 bits supplémentaires n'apportent pas plus de dynamique, ni n'augmentent le rapport signal bruit. Ils permettent simplement plus de niveaux qu'en 12 bits, pour la même dynamique. Pour prendre une analogie simple, imaginez une échelle faisant 10 mètres de haut. Les 2 bits supplémentaires ne se traduisent pas en une échelle de 40 mètres, mais en une échelle de 10 mètres avec 4 fois plus de barreaux.

Pour ma part, en photo de montagne, j'obtiens des ciels avec des nuances plus subtiles sur 40D que sur 20D. 14 bits ? Meilleur capteur ? J'en sais foutre rien. Qu'importe. Le 40D est meilleur, voilà tout. Mais je pense que les 14 bits y sont pour quelque chose.

[astrophoto]

ah oui ca passe meme pas mal voir bien en 8 bits (JPG) ...
On en recause dès qu'on commence à toucher à l'image en post traitement, pardon !! DEVELLOPEMENT.

heu...tu veux savoir de combien d'IL j'ai remonté cette portion sombre pour qu'on la voie comme ça ? +6 IL ! Je dis bien : +6 IL. Si c'est pas du développement ça...

[vianet]

Tout à fait Astrophoto. Bravo d'oser braver les diktats mercantilistes...
Petite cogitation théorique sur le 12/14 bits.
Un capteur 12 bits donne un signal analogique qui est codé comme suit:

IL N°1   :    1 bit
IL N°2   :    2 bits
IL N°3   :    4 bits
IL N°4   :    8 bits
IL N°5   :   16 bits
IL N°6   :   32 bits
IL N°7   :   64 bits
IL N°8   :  128 bits
IL N°9   :  256 bits
IL N°10 :  512 bits
IL N°11 : 1024 bits
IL N°12 : 2048 bits

On voit bien que la dynamique du capteur va grosso modo de IL 5 à IL 12. Même avec un "grand" capteur en techno classique 24/36 (linéaire et pas log). Néanmoins cette approche demeure l'approche simpliste car tout dépend du bruit de lecture des Convertisseurs Analogiques Numériques. Et attention aux hautes lumières cramées que ce soit à IL 12 ou IL 14...Ou IL 16.... On quantifie mais est ce que le jeu en vaut la chandelle sur un capteur classique à courbe très raide qui n'encaisse pas beaucoup plus que 8 ILs? Car à la base, il y a un signal analogique. C'est sur lui qu'il est préférable de travailler. Maintenant, si on a affaire à un capteur à très forte dynamique, le 14 ou le 16 bits sont tout à fait jouable. C'est simple, si le 14 bits était efficace, les capteurs qui en sont dotés devraient pouvoir mettre 2 ILs dans la vue des capteurs 12 bits...
Or cela n'est absolument pas le cas. Entre un Canon 5 D et un 1D MK3 par exemple qui ont à peu près la même taille de photosites.
A l'observation, cela n'est guère évident....
Et l'excellence du 1DMK3 viendrait plutôt de son bruit de lecture très faible avec amélioration du gain sur le PGA que de sa quantification sur 14 bits...
Bon promis, j'arrête la, il se fait tard ... LoL! Mais je n'ai rien contre le 14  bits mais seulement si le jeu en vaut la chandelle, sur un moyen format par exemple...
Donc la ,y a un truc marketing comme qui dirait..  Je ne dis pas qu'il n'y ait pas un chouia d'amélioration ( 1/3 d'IL à 1/2 IL sur grand capteur 24/36?) mais pas grand chose de concret et en tout cas d'observable sur un tirage papier au final...Le mode priorité haute lumière consiste en une sous-exposition d'1 IL pour préserver les hautes lumières donc il constitue de ce fait une astuce de prise de vue mais pas un gain réel sur la dynamique du capteur.


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multimarque!

[astrophoto]

Je n'ai pas potassé comment Canon utilise les 14 bits (bias, amplification, etc). Mais comme je comprends la chose, les 2 bits supplémentaires n'apportent pas plus de dynamique, ni n'augmentent le rapport signal bruit. Ils permettent simplement plus de niveaux qu'en 12 bits, pour la même dynamique. Pour prendre une analogie simple, imaginez une échelle faisant 10 mètres de haut. Les 2 bits supplémentaires ne se traduisent pas en une échelle de 40 mètres, mais en une échelle de 10 mètres avec 4 fois plus de barreaux.

oui, en gros c'est ça, merci de m'avoir réexpliqué ce que c'était que l'échantillonnage, j'avais un trou de mémoire brusquement . Au fait, si je te donne une échelle avec 1000 barreaux espacés de 1 cm, est-ce que tu vas pouvoir y monter plus facilement ? Pas sûr...

Si je te demande de mesurer la longueur d'un de tes objectifs et que je te donne une règle graduée en cm, tu vas me dire : passe-moi une règle graduée en mm et ma mesure sera plus précise. Et tu auras raison. Si maintenant je te donne une règle avec des graduations microscopiques de 1/1000mm et que je te demande de mesurer la longueur de ton objectif avec cette précision, tu vas me dire que tu n'y vois rien, que de toute façon les faces avant et arrière ne sont pas parfaitement planes (où mesurer ?) et que le moindre grain de poussière ici ou là va fausser la mesure, bref que c'est complètement crétin. Et là aussi, tu auras raison. Le tout n'est pas d'avoir un instrument de mesure avec une précision monstrueuse, encore faut-il pouvoir l'utiliser à cette précision. C'est une question de cohérence.

[vianet]

Oui pour la question du crènelage lors du tripatouillage de la courbe sensito, on envoit  les raw 12 bits sur son ordi avec rééchantillonnage en tiff 16 bits et le tour est joué...
Et le coup de l'animation est génial! D'ailleurs, vous voyez une animation? LoL!

[astrophoto]

Certes la différence n'est que de 2 bit entre 12 et 14 .. toutu comme entre 14 et 16 .. mais entre 12 et 16 .. pouah la diff... ca se remarque vraiment, sinon les hassel et compagnie s'enquiquinerais pas avec du 16 bits.

ne mélangeons pas tout. Je n'ai pas dit que les 14 bits étaient inutiles en général, j'ai dit que sur le 40D et ses confrères (et je pense aussi sur le D3 ou 1D MkIII, à vérifier), le 14 bits n'apportait rien de visible. Comme l'a dit vianet (dont je ne comprends pas la dernière intervention, vianet tu redeviens incompréhensible), ça dépend de divers paramètres comme le bruit de lecture et la capacité du photosite en électrons. Certains appareils peuvent très bien nécessiter du 14 bits voire du 16 bits. C'est une question de cohérence : on ne met pas un ampli super performant avec des enceintes pourries. J'ai un appareil CCD refroidi astro qui bosse en 16 bits et sur certains télescopes professionnels, ils travaillent même en 18 bits. J'ai rien contre le 14 bits ni le 16 bits en soi.

Quant à l'argument "machin et bidule ne s'enquiquineraient pas avec du 16 bits", je dois dire que ça me laisse un tout petit peu de marbre

Vous m'épatez quand même. Quand on vous sort des chiffres et des formules, vous dites "ah ouais mais en vrai, ça donne quoi ?". Et quand on vous montre des images, ça ne suffit encore pas. Mais il y a des gens qui m'épatent encore plus que vous, ce sont les gens du marketing qui ont réussi à vous convaincre que le 14 bits c'était vraiment utile. Vous ne savez pas expliquer pourquoi, vous ne savez pas le démontrer, mais vous en avez l'intime conviction à un point tel que quand on vous montre des images qui prouvent le contraire, vous ne pouvez pas y croire. Ils sont forts, très très forts, ce sont des génies, ce sont les maîtres du monde...

[dideos]

Thierry, tu perds ton temps
14b sur un aps-c ca sert a rien

[astrophoto]

Que commercial tout ca? : non, mais le commercial s'en sert et ils ont bien raison. Quel industriel ne metterais pas en avant UNE amélioration aussi infime soit-elle? ce qui permet  danas l'avenir d'apporter une amélioration à l'amélioration tout en restant coherent, et ainsi de suite.

en fait c'est ballot, j'aurais pu y penser plus tôt : je sais pourquoi tu t'accroches au 14 bits. Ta décision de passer au 40D s'est fondée sur des raisons techniques, tu t'es dit que cet appareil présentait des améliorations déterminantes, entre autres le 14 bits. Remettre en cause l'utilité du 14 bits, c'est remettre en cause une partie de ta logique d'achat du 40D, or on sait qu'un acheteur a besoin d'être rassuré, qu'on lui dise qu'il a fait le bon choix, et moi je viens bousculer tout ça, ah c'est pas malin quand même. En plus, le 40D va falloir le garder longtemps, sinon va falloir changer de pseudo et ce sera casse-pieds : Lou50D, Lou60D (Lou5DmkII qui sait ?)

ah merci dideos, on se sent moins seul. J'aimerais bien faire la même manip sur un D3 ou MkIII pour voir à quel moment on commence à voir une différence.

[Phoebe]

14b sur un aps-c ca sert a rien

Je ne sais pas pourquoi, mais je trouve les arguments de Thierry (et Vianet) plus convaincants 

Blague à part, ce fil est très intéressant.
Merci Thierry.

[astrophoto]

quelques calculs pour compléter (et après, dodo).

La capacité utile du capteur du 40D est d'environ 48000 électrons à 100 ISO. En 14 bits (16000 niveaux), on a donc 3 électrons par pas codeur (ADU). Le bruit de quantification, si ma mémoire est bonne, est de 3 divisé par racine carrée de 12, soit 0,9 e-. Ce qui est bien négligeable par rapport aux 17 e- de bruit de lecture (sans compter le bruit de photons) du 40D à 100 ISO.
En 12 bits, le bruit de quantification passe à 3,5 e-, toujours négligeable par rapport à 17 (je dis négligeable car les bruits se combinent de manière quadratique, et un bruit de 17 combiné à un bruit de 3,5 ça fait un bruit final de 17,3 donc très proche de 17).
A 10 bits, le bruit de quantification monte à 14 e-, là ce n'est plus tout à fait négligeable par rapport à 17 (la combinaison donne un bruit de 22 e-).
a 9 bits, le bruit de quantification passe à 28 e-, donc très visible car supérieur au bruit de lecture.

Tout ça est très cohérent avec les images. Comme quoi la théorie et la pratique peuvent se rejoindre, quelquefois  

[Verso92]

quelques calculs pour compléter (et après, dodo).

La capacité utile du capteur du 40D est d'environ 48000 électrons à 100 ISO. En 14 bits (16000 niveaux), on a donc 3 électrons par pas codeur (ADU). Le bruit de quantification, si ma mémoire est bonne, est de 3 divisé par racine carrée de 12, soit 0,9 e-. Ce qui est bien négligeable par rapport aux 17 e- de bruit de lecture (sans compter le bruit de photons) du 40D à 100 ISO.
En 12 bits, le bruit de quantification passe à 3,5 e-, toujours négligeable par rapport à 17 (je dis négligeable car les bruits se combinent de manière quadratique, et un bruit de 17 combiné à un bruit de 3,5 ça fait un bruit final de 17,3 donc très proche de 17).
A 10 bits, le bruit de quantification monte à 14 e-, là ce n'est plus tout à fait négligeable par rapport à 17 (la combinaison donne un bruit de 22 e-).
a 9 bits, le bruit de quantification passe à 28 e-, donc très visible car supérieur au bruit de lecture.

Tout ça est très cohérent avec les images. Comme quoi la théorie et la pratique peuvent se rejoindre, quelquefois 

Ne serait-ce pas plutôt la puissance du bruit de quantification qui est égale à q^2/12 ?

(suis déjà sorti !)

[Verso92]

Ne serait-ce pas plutôt la puissance du bruit de quantification qui est égale à q^2/12 ?

(suis déjà sorti !)

Mille excuses : c'est la seule formule dont je me souvienne de mes cours de traitement du signal, alors j'ai pas pu m'empêcher !

;-)

[astrophoto]

c'est qu'il a failli me faire douter pendant une seconde, l'animal !   

Il est peut-être bon de préciser que la diminution du nombre de bits provoque des arrondis aléatoires sur le dernier bit, donc une perte de précision (comme si on utilisait une calculette avec moins de décimales). Cette perte se comporte comme un bruit, et les calculs ci-dessus consistent à estimer ce bruit, à le comparer au bruit de lecture (qui est le bruit minimum qu'on trouve dans toute image) et à voir à quel moment le premier n'est plus négligeable face au second, en l'occurrence aux environs de 11 bits sur un 40D.

[fte]

en fait c'est ballot, j'aurais pu y penser plus tôt : je sais pourquoi tu t'accroches au 14 bits. Ta décision de passer au 40D s'est fondée sur des raisons techniques, tu t'es dit que cet appareil présentait des améliorations déterminantes, entre autres le 14 bits.

Pour ma part, j'ai changé le 20D contre le 40D pour, dans l'ordre : viseur (dont le verre quadrillé), AF, réglages C1/2/3, écran 3", capteur. Les 14 bits en font partie, en dernière position.

Oh, j'ai passé sous silence les deux plus importantes raisons : j'en avais envie et j'en avais les moyens.

Bon, ceci mis à part, toutes choses étant égales (développement Lightroom, exposition correcte), pourquoi mes ciels en haute altitude sont plus "doux" avec le 40D, alors que le 20D me fait des franges dans les dégradés ? Les profiles de Lightroom ? Améliorations du capteur ?

Quant aux exemples de requantification en 12 ou 10 bits, c'est assez connu. Antialiasing, diffusion d'erreur. On peut faire de même en acoustique avec des résultats similaires. Comme on peut écrire les mots en mélangeant les lettres à l'intérieur sans que ça ne gène la lisibilité. Enfin, on peut le faire tant qu'on reste dans les limites de nos perceptions. Le mp3 élimine un tas d'informations sonores, en exploitant le fonctionnement de l'oreille. Le masquage par exemple : une fréquence forte va masquer des fréquences plus élevées et plus faibles. On peut donc éliminer ces fréquences. Ça altère par contre la localisation spatiale... Pour en revenir à l'image, la diminution du nombre de bits sera beaucoup plus sensible dans des dégradés fins faiblement bruités (ciel pur et lumineux, au hasard).

[astrophoto]

Pour en revenir à l'image, la diminution du nombre de bits sera beaucoup plus sensible dans des dégradés fins faiblement bruités (ciel pur et lumineux, au hasard).

je n'ai pas fait la manip sur quelque chose de lumineux pour la raison suivante : une zone lumineuse présente plus de bruit qu'une zone sombre car le bruit photonique y est plus important (cependant, comme chacun sait, le rapport signal sur bruit y est meilleur). Donc le bruit de quantification y sera d'autant plus négligeable, et dans les zones brillantes ce n'est plus à 11 bits mais (à la louche) autour de 8 ou 9 bits seulement qu'on commencera à sentir la différence. Encore une fois si le 14 bits a un intérêt c'est dans les basses lumières, pas dans les hautes qui sont dominées par le bruit photonique. Si tes ciels de haute altitude sont doux pour moi le 14 bits n'y est pour rien, l'explication est autre.

[Nikojorj]

heu...tu veux savoir de combien d'IL j'ai remonté cette portion sombre pour qu'on la voie comme ça ? +6 IL ! Je dis bien : +6 IL. Si c'est pas du développement ça...

OK, ça faisait depuis 3mn que je me posais la question .
Probant, effectivement!

Et en plus...

La capacité utile du capteur du 40D est d'environ 48000 électrons à 100 ISO. En 14 bits (16000 niveaux), on a donc 3 électrons par pas codeur (ADU). Le bruit de quantification, si ma mémoire est bonne, est de 3 divisé par racine carrée de 12, soit 0,9 e-. Ce qui est bien négligeable par rapport aux 17 e- de bruit de lecture (sans compter le bruit de photons) du 40D à 100 ISO.
En 12 bits, le bruit de quantification passe à 3,5 e-, toujours négligeable par rapport à 17 (je dis négligeable car les bruits se combinent de manière quadratique, et un bruit de 17 combiné à un bruit de 3,5 ça fait un bruit final de 17,3 donc très proche de 17).
A 10 bits, le bruit de quantification monte à 14 e-, là ce n'est plus tout à fait négligeable par rapport à 17 (la combinaison donne un bruit de 22 e-).
a 9 bits, le bruit de quantification passe à 28 e-, donc très visible car supérieur au bruit de lecture.

Tout ça est très cohérent avec les images. Comme quoi la théorie et la pratique peuvent se rejoindre, quelquefois 

Avec la théorie qui va avec! Trop la classe, meeeerciiii! 

[astrophoto]

petit calcul pour le Nikon D3 : clarkvision me donne des bruits de lecture de 20,1 e- et 17,6 e- pour le 40D et le D3, et des capacités respectives de 43400 et 65600 e-.

Ce qui donnerait pour le D3 à 14 bits un bruit de quantification de 1,2 e-, négligeable face au bruit de lecture.
A 12 bits, bruit de quantification de 4,6 e-, ce qui combiné au bruit de lecture de 17,6 donne 18,2 : à la limite du discernable
A 11 bits, bruit de quantification de 9,2 e-, bruit final de 19,9, un peu plus visible.

Ca me laisse penser que même sur le D3, l'apport du 14 bits par rapport à 12 est tellement faible qu'il est indiscernable en pratique (il faut voir que ces calculs sont un peu optimistes car ils ne prennent en compte que le bruit de lecture et non le bruit photonique dont la contribution rend la montée en bits encore moins visible).

A confirmer (ou pas) par un petit essai...

[Zinzin]

Thierry, je suis d ' accord avec tout ça .... mais on reste dans un traitement d 'image classique, ta démonstration bien que probante reste dans le N&B ...
Si je te dis que quand je "joue" avec l' histogramme, notamment dans les HL, que je post-traite loin d'un traitement standard, que je déssature à l' envie , voir que je retouche ( les petits défauts de la peau en portrait ) , et bien je trouve que mes fichiers raw 14 bits résistent mieux avec mon 40D que feu mon 400D ...
Bien sûr, je n' ai plus d 'échelle de comparaison et ce n' est qu' une impression ... 

[Zinzin]

Et puis le 14bits chez Canon , c 'est standard , on n' a pas le choix ... alors de savoir si c 'est utile ou pas ... une chose est sûr, ça ne dégrade pas la qualité