Bruit du Nikon D3 / D300 et comparaison avec Canon

[cbuil]

Je voudrais nuancer que l'on lit dans les revues photos et ci et là dans les messages.

Nikon avec le capteur CMOS du D3 a rattrapé son retard sur Canon, mais
ne l'a pas dépassé à la vue d'une analyse objectivement du dit capteur. Je
vous propose de prendre connaissance de cette page :

http://astrosurf.com/buil/nikon_test/test.htm

C'est un peu technique, mais pas trop quant même. Si vous prenez
la peine d'analyser la question, vous aller voir que la performance en bruit
de lecture du CMOS D3 est égale, sinon même en léger retrait par rapport
au CMOS d'un 40D. C'est un critère de qualité important en optoelectronique.

Vous allez voir aussi qu'il y a un "petit" piège lorsqu'on parle de très forts
 ISO sur le D3 (et D300). Il faut voir que le vrai gain ISO Nikon est très
sur-évalué par rapport à celui de Canon.

En longue pose, Nikon persiste à ne pas produire un vrai RAW, ce qui est
une catastrophe pour certaines applications (et masque s'en doute un
bruit thermique supérieur à celui de Canon, ce dernier traitant
le problème au niveau capteur de manière fort efficace, pas au niveau firmware).

Je ne discute pas ici les qualités visibles du D3 (et D300) en photo standard,
qui semblent indiscutables, en particulier grace à un traitement pointu des
données. Mais il faudrait faire une comparaison objective avec un Canon 5D
par exemple (même pose sur une même scène peu éclairée par exemple), et là
on en reparle, ou mieux un futur 5D 14 bits, ou encore aujourd'hui un 40D versus
D300 qui ont en gros la même taille de pixels.

Non vraiment, en électronique, les miracles sont lents, et si on considère uniquement
le niveau senseur, Nikon c'est simplement mis au niveau (ici c'est la souplesse de la
technologie CMOS qui surplente le CCD).

Christian B
 

[Powerdoc]

La sensibilité ISO correspond à des niveaux de gain électronique extrèmement différents entre Canon et Nikon. En supposant que les rendements quantiques des capteurs sont équivalant entre ces deux marques (c'est hautement probable), alors une sensibilité affichée de 6400 ISO sur le Nikon D3 numéro 1 (12 bits) correspond à une sensibilité affichée de 600 ISO sur le Canon 40D (14 bits), alors qu'une sensibilité affichée de 6400 ISO sur le Nikon D3 numéro 2 (14 bits), correspond à une sensibilité ISO de 2400 ISO pour le 40D (14 bits). L'analyse montre que les sensibilités ISO "records" annoncées par Nikon ne correspondent dans les faits qu'à des gains, certes hauts, mais usuels chez le concurrent Canon.

Là j'avoue que j'ai du mal à suivre.
D'après ce que j'ai vu les pretendus 3200 isos du Nikon sont bien reels

[Darth]

Impressionant cette article.

En fait si je résume, Nikon à bien ratraper son retard, son forcement avoir dépassé Canon?

Si OlivierP postait encore sur le forum, je suis sur qu'il aurait été très interessé par le sujet!

[cbuil]

Powedoc, non rassurez vous le 3200 ISO existe bien. La nuance qui est
faite dans mon papier est dans la relation entre ce que vous affichez sur le
boitier et ce que fait réellement l'electronique. En imagerie numérique, je
trouve de toute manière que cette notion de ISO est vaguement relative.
Cette comparaison montre que le réglage affiché par l'opérateur
agit de manière fort différente sur les gains électroniques interne entre les
marques (mais cela ne prévaut pas sur la qualité de l'un et de l'autre).

Un enseignement important de ce genre d'analyse est que l'impact du réglage
ISO est quasi nul sur la qualité du RAW délivré (je parle du RAW avant dematrissage,
avant tout traitement du genre courbes, etc).

La situation est plus complexe pour le JPEG car l'image est hautement non linéaire
et il faut caser dans 8 bits une dynamique native de 14 bits. Un autre
enseignement à tirer pour un compartif Nikon/Canon est qu'il ne faut s'en doute pas
nécessairement afficher la même sensibilité ISO pour les deux lorsqu'on est en JPEG.
C'est plus compliqué le JPEG, vraiment, et là l'oeil du photographe expérimenté peut
s'en doute émettte un avis pertinant pour jauger la qualité de l'image,
même si c'est un peu subjectif (manière de filter les bruits, allure de la courbe en S, etc).

Christian

[Powerdoc]

Powedoc, non rassurez vous le 3200 ISO existe bien. La nuance qui est
faite dans mon papier est dans la relation entre ce que vous affichez sur le
boitier et ce que fait réellement l'electronique. En imagerie numérique, je
trouve de toute manière que cette notion de ISO est vaguement relative.
Cette comparaison montre que le réglage affiché par l'opérateur
agit de manière fort différente sur les gains électroniques interne entre les
marques (mais cela ne prévaut pas sur la qualité de l'un et de l'autre).

Un enseignement important de ce genre d'analyse est que l'impact du réglage
ISO est quasi nul sur la qualité du RAW délivré (je parle du RAW avant dematrissage,
avant tout traitement du genre courbes, etc).

La situation est plus complexe pour le JPEG car l'image est hautement non linéaire
et il faut caser dans 8 bits une dynamique native de 14 bits. Un autre
enseignement à tirer pour un compartif Nikon/Canon est qu'il ne faut s'en doute pas
nécessairement afficher la même sensibilité ISO pour les deux lorsqu'on est en JPEG.
C'est plus compliqué le JPEG, vraiment, et là l'oeil du photographe expérimenté peut
s'en doute émettte un avis pertinant pour jauger la qualité de l'image,
même si c'est un peu subjectif (manière de filter les bruits, allure de la courbe en S, etc).

Christian

Premiere question :

- si pour une même scene donnée on se cale avec le même objo (par exemple un sigma macro 2,8) à 1/100 sec F 5,6 est-ce que pour la même exposition on aura un reglage iso different sur le canon et le Nikon

Deuxieme question : Admettons que la reponse à la question 1 soit les que l'on aura les même isos, doit-on en conclure qu'en RAW la situation differe et que l'on peut aller plus loin en raw avec un canon 5D reglé à 3200 isos qu'un Nikon D3 réglé à 3200 isos ?

[preshovich]

il eu ete interessant de faire le parrallele ds la gamme canon, un iso 100 issu d'un 40d n'a rien à voir avec un iso 100 issu d'un 5d mes differents tests à la cellule m'ont amenés à cette conclusion. Sa n'a pas ete assez souligné par les journalistes ... se mefier.

[preshovich]

si le niveau de bruit du D3 est sensiblement le meme que sur le 40d quid du 1D III ?

[JP64]

cbuil,
Si j'ai bien compris vos mesures, un 40D et un D3 tous deux réglés à 400  iso sont sensés donner un gris moyen c'est à dire en 14bits      =                   (2 puissance 14)/2 = 8192 pas ADU avec le même flux lumineux.
Le D3 aura produit 8192 ADU avec 8192 x 2,1 = 17203 électrons avec ce flux lumineux
Le 40D aura produit 8192 ADU avec 8192 x 0,78 = 6389 électrons avec le même flux lumineux

Le même flux lumineux (même nombre de photons) produit 2,7 fois plus d'électrons sur un pixel de D3 que sur un 40D.

Le bruit de lecture est le double en ADU pour le 40D / D3 ce qui a mon sens autorise à avoir le même bruit avec le double de sensibilité pour le D3.
La transformation A/N me semble plus fine dans le cas du D3, car disposant d'un plus grand nombre d'électrons, cela lisse la mesure.

Mais par contre il est tout à fait regrettable que le bruit de fond soit mal traité par logiciel dans le D3.

Quoi qu'il en soit il m'aurait paru plus juste de comparer dans votre article le bruit de fond en ADU plutôt qu'en électrons.

Salutations.

[cbuil]

Powerdoc, je ne suis pas capable de répondre précisément à cette question.
Je rappelle que mon propos concerne la qualité intrinséque du capteur et
la comparaison Canon/Nikon sur ce point. Je n,'ai pas la prétention
de cerner ici l'ensemble de la chaine qui aboutit à l'image finale.

A vrai dire, en Jpeg, le réglage ISO relatif entre boitiers compte peu : si à cause des
réglages internes pour obtenir une image de qualité équivalente ou
les qualités souhaités par l'opérateur tout simplement, il faut
pour l'un des boitiers affichetr 200ISO et pour l'autre boitier 400ISO, ce n'est
pas dramatique du tout (et même pas grave). Ce qui compte c'est le
résultat dans l'image pas la valeur affichée
des ISO. Une fois de plus cette notion d'ISO est quelque peu flottante
d'une marque à l'autre et probablement même à l'intérieur d'une gamme.

En raw, je peux être plus précis : si le temps de pose est identique et si les ISO
affichés sont semblables, le signal enregistré sera effectivement différent
entre Nikon et Canon, et cela assez notablement même. Mais ici encore,
je peux parfaitement trouver deux valeurs d'ISO qui égalisent
le signal entre les boitiers, avec un rapport signal
sur bruit proche entre les deux marques (sous réserve d'un complément
ayant trait au rendement quantique et avec la nuance sur le signal thermique
en pose longue).

Christian B

[Powerdoc]

Powerdoc, je ne suis pas capable de répondre précisément à cette question.
Je rappelle que mon propos concerne la qualité intrinséque du capteur et
la comparaison Canon/Nikon sur ce point. Je n,'ai pas la prétention
de cerner ici l'ensemble de la chaine qui aboutit à l'image finale.

A vrai dire, en Jpeg, le réglage ISO relatif entre boitiers compte peu : si à cause des
réglages internes pour obtenir une image de qualité équivalente ou
les qualités souhaités par l'opérateur tout simplement, il faut
pour l'un des boitiers affichetr 200ISO et pour l'autre boitier 400ISO, ce n'est
pas dramatique du tout (et même pas grave). Ce qui compte c'est le
résultat dans l'image pas la valeur affichée
des ISO. Une fois de plus cette notion d'ISO est quelque peu flottante
d'une marque à l'autre et probablement même à l'intérieur d'une gamme.

En raw, je peux être plus précis : si le temps de pose est identique et si les ISO
affichés sont semblables, le signal enregistré sera effectivement différent
entre Nikon et Canon, et cela assez notablement même. Mais ici encore,
je peux parfaitement trouver deux valeurs d'ISO qui égalisent
le signal entre les boitiers, avec un rapport signal
sur bruit proche entre les deux marques (sous réserve d'un complément
ayant trait au rendement quantique et avec la nuance sur le signal thermique
en pose longue).

Christian B

Je comprends ce que tu veux dire, mais d'un point de vue utilisateur c'est important.
Car la situation est un peu la même que celle rencontrée en astro.
On doit par exemple faire des photos de concert ou de sport indoor et on est au taquet avec par exemple (sport indoor) F2,8 1/500 secondes. Si un boitier dans cette config afficher 6400 isos et l'autre 3200, cela veut dire en pratique qu'il faudra comparer les 3200 isos de l'un avec les 6400 de l'autre.

[Wilfrid]

Alors là les gars... vous m'épatez! Surtout toi JP64, cette façon de moucher le cbuil... pfou... Dire qu'il n'y a pas 10 gars sur ce forum pour vous contredire, ça donne le niveau... Calmé comme je suis, je me demande si je ne vais pas me fabriquer un sténopé avec la boite du chat.

[JP64]

Powerdoc,
Question 1 : biensur que oui, c'est la définition même des ISO : le même flux lumineux doit donner la même noirceur sur une pellicule de même sensibilité et en numérique la même quantification numérique.
Tout cela se passe à travers des sensibilités de capteurs différentes (donc des charges électroniques différentes sur les pixels) mais après transformation A/N cela doit donner le même résutal numérique.

[JP64]

Je ne sais pas qui manie les sympatomètres, mais j'ai l'impression que tout le monde en prends pour son grade.
Heureusement je suis blindé par la vie, depuis bien avant ce forum.
A+

[Powerdoc]

Powerdoc,
Question 1 : biensur que oui, c'est la définition même des ISO : le même flux lumineux doit donner la même noirceur sur une pellicule de même sensibilité et en numérique la même quantification numérique.
Tout cela se passe à travers des sensibilités de capteurs différentes (donc des charges électroniques différentes sur les pixels) mais après transformation A/N cela doit donner le même résutal numérique.

Je sais bien que c'est le définition même des ISO, mais par le passé les ISO annoncés par le constructeur étaient fantaisistes. Il me semblait que ces derniers temps, que les ISO annoncés correspondaient bien aux ISO réels.

En ce qui concerne cette discussion je dois avouer que je suis un peu perdu. Cbuil me dit qu'en photo astro le capteur du Canon est meilleur (malgré la petite taille de ces photosites) alors qu'en photo classique le D3 l'enterre.
Je pensais betement qu'à techno a peu près égale que le D3 du fait de ses gros photosites necessite moins de gain electronique pour arriver au même signal. Apres le rapport signal bruit est fonction des differents bruits : thermique, de lecture ...

PS : pour le sympathometre : ne pas tenir compte de ce gadget : les points sont donnés au hazard, ce n'est que du bruit. Le rapport signal/ bruit est de 1

[cbuil]

Powerdoc,

Vous avez absolument raison en ce qui concerne la taille des pixels : si par unité
de surface de pixel les rendemements quantiques entre Canon et Nikon sont
s'en doute proches (AC bien sur), en revanche en augmentant la
surface sensible du pixel, le rendement effectif augmente en proportion.
Vous avez parfaitement juste. En ce sens, il est bien sur difficile de comparer
un D3 et un 40D sur une plage de lumière uniforme. En un même temps de pose le D3
engrengera nettement plus de photons, c'est un pur effet géométrique, et puis bien
sur un peu fonction du savoir faire du constructeur (efficacité des microlentilles, facteur de
remplissage, ...). Mais j'ai bien précisé que mon propos ne concernait pas ce point
(préter moi un D3 et je vous fait ca vite, snif). Bien sur, il faudrait comparer disons
un 5D avec un D3 dans un test en illumination, ce qui serait plus objectif et cohérent.

Notez qu'en astronomie les choses sont plus subtiles. Une grosse taille de pixels peu
être un problème dans certaines circonstances. Il faut songer que parfois on cherche
a observer dans cette discipline des objects ponctuels (pas de surface), que l'on cherche
une certaine resolution spatiale, que l'on souhaite échantillonner les points de l'objets
efficacement pour réduire les atefacts de couleur...

Je n'ai analyser dans la page que le bruit de lecture du détecteur (effet marginal sur la qualité)
et le point de vue du signal thermique qui est autrement plus problématique en astronomie
et en imagerie nosturne de manière générale.
(les temps de poses vont de qq secondes à quelques minutes, voir dizaines de minutes !).

C'est le point clef, celui que je traite plus particulièrement. Et là désolé, pour l'heure
le D3 (et le D300) est hors jeu, et il n'y a pas photo avec les produits Canon. Croyez
bien que je le regrette, une seconde source aurait été géniale pour notre loisir astro.

Christian B

[Bernard2]

il y a une question que je me pose depuis des lustres et sans doute que Cbuil pourra éclairer ma lanterne.

Quelques soient les progres en bruit des capteurs et des traitements et des tailles de capteurs, il y a un type de "bruit" (notez les guillemets) mais plutot d'artéfact qui ne varie pratiquement pas.
celui ci:Il s'agit d'un crop de ciel bleu à 100 iso, quelque soit l'appareil le phénomene est le même.il ne s'agit pas de pb de compression il n'y en a quasiment pas.
Donc differences de de rendement de photosites amplifiés (par regroupement) par le dématriçage? ou quoi d'autre?
merci!

[JP64]

Powerdoc,
C'est vrai que les sensibilitées des APN ont été parfois fantaisistes, le D70 que j'ai, avait la réputation de sous exposer et pendant longtemps j'ai remonté systématiquement la luminosité des clichés avant impression. Mais cela n'a jamais dépassé 1/3 de IL. A la suite d'une panne il m'est revenu du SAV avec une exdposition correcte, la preuve que ce n'est qu'une question de réglage et que la règle est valable.
Ce que critique cbuil, pour classer le 40D devant le D3, c'est la manière de Nikon de corriger le bruit de fond apparaissant dans les longues poses pour des photos en faible lumière (galaxies lointaines). Le traitement de Nikon même en NEF produit des pixels isolés abérants et efface des pixels isolés valables. Ce qui n'est pas gènant en photo normale (qui va voir un pixel isolé en plus ou en moins, sur une photo même en A3+) d'autant que dans sa photo il a poussé le contraste fond de fond pour les mettre en évidence. Alors qu'un tirage photo normal aurait donné un noir profond et uni.
cbuil a raison dans son domaine où il cherche à mesurer la luminosité d'étoiles faibles qui ne débordent pas d'un pixel.

A+

[preshovich]

il y a une question que je me pose depuis des lustres et sans doute que Cbuil pourra éclairer ma lanterne.

Quelques soient les progres en bruit des capteurs et des traitements et des tailles de capteurs, il y a un type de "bruit" (notez les guillemets) mais plutot d'artéfact qui ne varie pratiquement pas.
celui ci:Il s'agit d'un crop de ciel bleu à 100 iso, quelque soit l'appareil le phénomene est le même.il ne s'agit pas de pb de compression il n'y en a quasiment pas.
Donc differences de de rendement de photosites amplifiés (par regroupement) par le dématriçage? ou quoi d'autre?
merci!

bein non bernard  un 100 iso deja au sein de la meme marque en fonction du boitier sa change ....
le 100 iso du

[cbuil]

JP64, c'est vrai que les exemples numétriques sont
souvent plus parlant. J'ai tendance à prendre le calcul
à l'envers du votre. Je pense que vous connaissez
bien la physiques sous jacente, mais pour la communauté
voici un autre exemple.

Un flux de lumière de 10000 photons est photographié
avec le même ISO avec le 40D et le D3, avec le même
temps de pose.

On suppose que le rendement quantique est de 100%
dans les deux cas (facilité de calcul pour l'instant).

Le signal électrique d'origine photonique
est donc de 10000 électrons. Le bruit de photons associé
est égal à RACINE(10000)=100 électrons.

A ce bruit de signal s'ajoute le bruit de lecture qui
de 6,5 électrons pour le 40D et 9,7 électrons pour le D3.
Le bruit total du 40D est donc de 106,5 électrons et 109,7
électrons pour le D3.

Convertissons tout cela en pas codeur et calculons le
rapport signal sur bruit :

Pour le 40D le signal est 10000/0,78= 12820 ADU (ou comptes
numériques) et le bruit est 106,5/0.78=136 ADU.
Le S/B=12820/136 = 94

Pour le D3 le signal est 10000/2,1 = 4760 ADU et le bruit
est de 109,7/2,1 = 52 ADU. Le S/B=4760/52 = 91.

L'écart n'est pas significatif. Au passage, j'aurais très
bien pu faire le calcul en électrons, le résultat aurait
été ici strictement le même, ce qui montre que
le gain ISO n'a aucun impact sur la qualité image en
terme de S/B sur le RAW !!! On note que le bruit
de lecture est par ailleurs marginal (un peu moins si
vous avez la curiosité de faire le calcul avec 100 photons
en entrée seulement et/ou en considérant d'autres sources de bruit
comme la quantification qui deviennent sensible en faible
flux...).

Bien sur j'ai triché dès le début en faisant l'hypothèse
que le rendement quantique effectif est le même. C'est
faux bien sur, ne serait-ce qu'en raison de la différence
de taille des pixels. Faites alors le même calcul en
considérant que le D3 recoit plus de flux dans le rapport
des surfaces des pixels (c'est un gros majorant quant même...)
Et là ca saute aux yeux, le D3 devient nettement supérieur
(vive les gros pixel !!!!).   Je n'ai pas prétendu
l'inverse dans le papier et dans mes commentaires.

En revanche si on fait la comparaison D300 et 40D par exemple,
ou D3 et 5D en illumination, là c'est plus intéressent (en gros
même surface de capteur), mais c'est une autre histoire...

Christian B

[hendrix]

Merci cbuild pour tes mesures!  jJe suis perplexe, moi qui refait de l'astro actuellement et qui souhaite peut être inverstir sur un D300...

la technique numéro 3 sur mon D70 sera toujours d'actualité! 

[Jean-Claude]

En numérique donc les ISO ne seraient qu'un artifice électronique et alors !

Les films sensibles ce n'était qu'un artifice chimique 

[cbuil]

Jean-Claude   
Attention cependant, pour les ames sensible, c'est effectivement un artifice en RAW, mais
en revanche, il s'agit d'un réglage bien utile en JPEG, ne pas me faire dire ce que je n'ai
pas dit 

Christian

[lucas77]

Quand l'illumination baisse le signal diminue, et le boitier l'amplifie (et le bruit) par 2,4,8 ou 25800. C'est çà les Iso numérique.
Tant que le bruit du capteur est faible tout ce passe bien.
La limite c'est lorsque le bruit et le signal sont  égaux.  S/B=1.
 Ce que tu peux faire en sous-exposant et en amplifiant dans L-room ou CS2. Pas trop (jusqu'à 3 IL) parce que le gamma traité dans le boitier intervient.

[dideos]

merci Chrsitian pour ces nouveaux tests. Un peu decevants pour les nouveaux N.
Regrettable que l'offset soit toujours calé a zero ..
Pour le mode pause longue, j'avoue que je suis perplexe et j'ai pas tout pigé (pour les pixels doubles).
Quand tu dis "avec toutes les réductions de bruit idendifiées à OFF", ca veut dire que ces NEFs ont été pris en "mode 3" ?
Ou bien sans rien faire de special ? Ca me parait gros comme truc...

[cbuil]

Ouaip, Hendrix, cette affaire de filtrage du signal thermique est un pépin.
Ca me désarconne aussi. Je suis Canon depuis longtemps et avec bonheur
en imagerie de tous les jours et bien sur astro, mais je regardais
avec forte sympathtie l'arrivée des D3 et D300 (surtout
le D300 pour mon porte monnaie). Et là, sauf avis contraire, je suis
très dépité. Il y a un ingénieur chez Nikon qui déc... un peu  , flutte
c'est le GROS détail qui tue (pas pour 99,8% de la population des
photographes heureusement pour Nikon   )

Christian B