Bruit du Nikon D3 / D300 et comparaison avec Canon

[cbuil]

hendrix, si j'étais taquin, je dirais que Nikon a eu fort à faire coté traitement d'image sur le D70 et D200, et que ce savoir faire, associé à un capteur cette fois a niveau, lui sert bien (on regrette l'excès de zéle en pose longue  ). 14 bits bien exploités + de bons gros pixels de 8,45 microns + plus s'en doute une bonne performance en rendement quantique (à évaluer) doivent faire le reste. La comparaison entre deux Nikon ancienne version et nouvelle version doit être frappante. Attention en revanche, il ne faut pas trop (voir mon papier) être ébloui par les forts ISO du D3...

Plus instructive serait une comparaison pied à pied avec un 5D (je suis pas trop honnète, j'en ai un). L'écart doit être nettement moins criant, bien que ce dernier doit accuser son petit age : pas de 14 bits, un rendement quantique qui pourrait être plus élevé compte tenu des progrés accomplie sur la gamme APS Canon (malgré la réduction régulière de la taille des pixels la sensibilité ne régresse pas -> meilleur usage des mircolentilles, ... ?). Le successeur du 5D sera intéressent à observer.

Très bien le D3 à n'en pas douter.  Mais vu le prix un peu hors de propos en ce qui me concerne  , je vais garder mon 5D encore un peu, et surtout utiliser mon 40D qui donne un vrai plaisir et qui est une merveille d'équilibre et d'efficacité (je compare de Canon à Canon : enfin un bon AF, 14 bits, liveview associé à la focalisation électrique via un PC, ... et comme toujours un vrai RAW !).

Christian



PS : mon rève est d'avoir sur un D3 et/ou un D300 un raw posé 30 secondes à 400 ISO avec le bouchon sur l'objectif, avec la réduction de bruit fort ISO OFF, mais la réduction de bruit longue pose ON. Après 30 secondes, l'obturateur se ferme et l'APN entreprend une autre pose de 30 secondes dans l'obscurité pour être soustraite ensuite à celle en mémoire. Avant que cette seconde pose ne soit achevée, arréter l'appareil. En principe le firmware sauvegarde sur la carte flash l'image déjà en mémoire, brute de brute. C'est une donnée importante pour nous astro. Pour tout savoir sur le "mode 3" :  http://astrosurf.com/buil/d70v10d/eval.htm. Si vous avez une âme d'expérimentateur, cela ne vous prendra que 30 secondes et c'est fort utile pour nos applications nocturnes...
 

[lucas77]

lun amateur d'astro peut t-il m'expliquer pourquoi il est important d'avoir un off-set dans le noir pour l'astronomie.
J'aurais pensé qu'un off-set de 1000 ou 2000 Adu se comporterait comme un fond de ciel pas tout à fait noir (flare?) et dimunerait la visibilité des très faibles étoiles ?.
Hendrix , avec les chiffres de cbuild , la dynamique du D3 à 400 iso est de 68 db. Ramené à 100 iso (4 fois moins d'amplification) on à 80 db, c'est pas mal. Bon seulement  2 db de mieux que le 400D pour 2,5 fois plus de surface capteur, mais 2 db c'est bon à prendre en attendant le 5D mk2.

[dideos]

Je peux repondre en tant qu'amateur astro (et accessoirement travaillant dans l'imagerie). C'est pas vrai seulement pour l'astro, c'est vrai en general.
Si on veut faire du post traitement sur un signal a tres bas niveau, il faut que ce signal soit tres légerement décollé du niveau de noir. La perte sur la dynamique du convertisseur est minime, mais ca permet de faire un post traitement clean (moyennage par filtrage temporel (p ex registax ou iris en astro, etc).
En astro, a partir d'un signal tres bruité on est capable par traitement de sortir des trucs incroyables... pourvu que le signal soit sorti du niveau de noir.
Quel traitement voulez vous pouvoir appliquer sur un signal bloqué a 0 LSB sauf quelques pétouilles (= hot pixels, cad justement les pixels inutilisables  ) ?
Donc on veut un signal propre, décollé du NN et sans traitement cache misere SVP. On est des grands, on se débrouille tous seuls  et on sait  quelle popotte il faut faire derriere pour traiter les images. Apres, a la fin, si on veut (mais ca n'a pas une grande importance) on ramene l'offset a zéro.

[Bernard2]

Quel traitement voulez vous pouvoir appliquer sur un signal bloqué a 0 LSB sauf quelques pétouilles (= hot pixels, cad justement les pixels inutilisables  ) ?

Alors question subsidiaire  , quel est l'interêt de nikon de caler son reglage à 0? car il doit bien y en avoir un je suppose.

[lucas77]

pas pensé au traitement

[dideos]

Alors question subsidiaire  , quel est l'interêt de nikon de caler son reglage à 0? car il doit bien y en avoir un je suppose.

De cacher la m... sous le tapis .

[cbuil]

Disons que les chipoteurs de notre espèce ne font pas partie de leur préocupation. Ca peut se comprendre après tout, on est très loin du coeur de cible. En se calant à zéro, le reflex gagne un tout petit poil de dynamique, mais je ne pense pas que de soit la raison de l'initiative. Tout simplement, la chose a du passer comme quantité négligeable. Pourtant, c'est une faute de gout au minimum chez quiconque vise un système d'imagerie qui se veux irréprochable. Le sabotage du RAW longue pose est un autre exemple plus criticable encore. Il faut bien admettre que les ingénieurs de chez Canon sur ces points ont un peu plus de respect pour les photons et travaillent dans les règles. Ceux de Olympus aussi par exemple (le E300 qui produit un vrai RAW), ainsi que ceux de Pentax.

Mais comme de nombreux corps de métiers travaillent sur l'élaboration d'un tel appareil, il faut bien admettre en revanche que chez Nikon, ceux qui ont conçu l'agencement intérieur du boitier sont plus rationnel que leur équivalent chez Canon. C'est le témoignage d'une personne qui a démonté en partie quelques réflex de l'une et l'autre marque... Il y a de tout dans les équipes donc, du bon et du moins bon (+ le marketing qui marche s'en doute un peu sur le pied des ingé) !

Mais voila, tout comme dans une voiture, l'élément clef c'est le moteur, pas la carosserie.

Christian

[dideos]

Je reviens sur la question de la raison de l'offset a zero et du bidouillage des bas niveaux

A mon avis la raison est le cout de fab. Je m'explique.
En sortie de chaine, tous les capteurs ne sont pas identiques. Il y en a des bons ,des moins bons et des a jeter.
Dans le domaine professionnel, les capteurs existent en differents grades en fonction du prix qu'on est pret a payer et des defauts que l'on accepte. Dans le domaine grand public, trop compliqué et ingerable.
Malheureusement, on ne peut pas empecher un utilisateur pointilleux de regarder le fond de cible de son capteur. Quoi de plus simple, pour eviter les problemes de retour pour cause de dead pixels ou hot pixels, de tout virer  en descendant l'offset et en filtrant les defauts dans le FW. L'utilisateur lambda n'y verra que du feu, il se dira "mon capteur est super, il a pas de defaut !" .
Cette facon de faire permet de laisser passer plus de capteurs.
Une autre astuce courante est d'appliquer un traitement non lineaire pour ecraser les bas niveaux et (accessoirement) reduire artificiellement les resultats des mesures de bruit dans le noir et les bas niveaux . Piege classique .

[lucas77]

je n'arrive pas à imaginer comment on introduit un off-set dans le capteur au niveau du noir . Si je regarde le bruit du M8  qui n'a pas d'offset, son histo de bruit est bien tronqué, la partie gauche "infra noir" n'apparait pas (une distribution dissymétrique  genre Poisson et non plus Gaussienne". Dans ImaJ, je peut introduire un Offset, figure ci-dessous, l'Histo manque toujours sa moitiée gauche.

Si on crée un courant constant correspondant à un offset de 1% par exemple, il faudrait pour voir la partie gauche de l'histo que ce courant puisse se combiner  en "en opposition de phase" avec le signal image pour s'annuler. En fin c'est pas facile de traiter la lumière comme un simple signal radar (avec amplitude et phase).

[lucas77]

figure oubliée

[cbuil]

Lucas77, l'exemple que vous montrez concerne l'image numérisée. Et là c'est juste, on ne peut plus rien faire, ajouter des compte numérique ne fait que décaler la courbe d'histogramme sans que l'on ne retrouve de l'information.

L'offset dont on parle s'applique avant la numérisation et cela change tout. On numérise alors bien un signal qui fluctue autour de la valeur moyen du signal lorsque que le capteur est dans le noir.

Il est hautement probable que dans le cas de Canon, et de Nikon aussi, le signal d'offset est référencé sur des pixels situés en bordure de la zone image et masqués de la lumière (référence de noir). On dit aussi dans le jargon que l'offset est "clampé" sur des zones de noir. Quant on analyse le RAW de base (avant dématrissage) on voit très bien ces zones de noir (l'image est plus grande qu'on ne pense en fait), mais ces parties sont bien sur détourées au moment de convertir l'image en couleur. J'ai pu du reste piéger le clamp sur les référence de noir dans le cas de Canon en faisant des poses très longues : les pixels de références sont certes dans l'obscurité, mais ils demeurent sensible au signal thermique. On peut ainsi décaler légèrement le signal d'offset observé, mais Canon a bien travaillé en prenant une bonne marge (ajout de l'équivalent 256 à 1024  codeur d'offset en fonction des modèles).

Christian B

[JP64]

Il est temps que quelqu'un de bien outillé mesure la dynamique des capteurs, parce que CI trouve toujours une valeur entre 7 et 8,5 IL.
Soit comme 1 IL = 6 db entre 42 et 51 db, alors qu'il est question de 80 db plus haut dans ce fil.
Cela devrait aller dans l'autre sens après nettoyage par logiciel.
A+

[dideos]

Je pense effectivement comme Christian, qu'il y a toujours des pixels noirs dans le capteur, qui servent de reference de noir. Cad ce sont des pixels comme les autres, mai qui sont aveugles.
Meme si avec les CDS cette ref de noir existe de pixel a pixel, qui sert a supprimer le FPN.
Mais il y a une difference entre les deux. La ref de noir du cds est une ref electronique, celle qu'on met d'habitude en bout de ligne pour clamper permet d'integrer la ref de noir sur plusieurs pixels et d'obtenir un niveau de noir "moyen" plus représentatif. En plus ce niveau de noir , contrairement a l'autre, peut permettre de prendre en compte la derive avec la temperature. Cad qu'on clampe plus sur le palier de reset du cds, on clampe sur la video du capteur, ca change tout.
Of course on parlait de l'offset avant numerisation.
CAD le niveau vmin et vmax qu'on rentre dans le convertisseur. Si Vmin = 0 LSB , c'est fichu

[dideos]

Pour la dynamique c'est une vieille discussion.
mon avis depuis toujours c'est qu'il faut couper la poire en deux :
1/ Dynamique vers le haut = methode CI en regardant des echelles de gris.
2/ Dynamique vers le bas = mesurer le rapport S/B en RAW lineaire a sensibilité native (cad sans filtrage). Parceque quand on mesure le bruit, on doit le mesurer a frequence '"plein pot" sinon on ne mesure pas le bruit du capteur, on mesure la force de la reduction de bruit 
Et a la fin on additionne les deux si on veut mais c'est pas forcement une bonne idee. Dissocier les 2 permet d'orienter les choix en fonction des utilisations
dynamique vers le haut > Fuji
dynamique vers le bas > Canon ou Nikon D3
Sachant (je rappelle) que ameliorer l'une se fait au detriment de l'autre

[JP64]

Merci d'éviter certaines abréviations, CDS, FPN, LSB, je cherche à comprendre et je ne suis pas spécialiste. Il faut que tout le monde progresse et profite des connaissances des autres.
A+

[lucas77]

CI s'en tient à la mesure photométrique, nombre d'IL pour passer du Blanc au Noir. Mesure qui du temps de l'argentique posait déjà question avec les développement poussés (et compensarteurs) qui permettait de fouiller de plus en plus loin dans le noir, pour aboutir à des TriX de 1600 Iso sans trop cramer les blancs.
Actuellement cette mesure donne (à travers les chiffres publiés) des résultats aberrants sur la qualité des boitiers comme le D3 qui est crédité au mieux de  8,1 IL contre  le D40X  crédité de 8,5 IL et le M8 de 9,1 IL etc...,
Le Jpeg donne un contraste de 256 soit 48 db ou encore 8 IL,plus ou moins suivant le trafic 'gamma et saturation au blanc' , c'est pour cela que les résultats de CI tournent autour de ce chiffre.
En électronique le noir n'est plus défini comme une borne. On peut l'amplifier de 10 ou de 100 et plus ( le D3 offre un facteur min-max de 256 !) tant que le bruit n'est pas gênant. Tous les articles techniques sur la dynamique se réfèrent donc au Bruit comme limite inférieure et à la saturation comme borne supérieure et définit la Dynamique comme le Signal max/Bruit en db, ou IL= db/6. Et les chiffres courants vont de 70 à 80 IL  soit de 11,6 à 13,3 IL.
Cette définition, elle aussi, est trompeuse.
Il ne faut pas que le boitier réduit le bruit par un traitement ou un filtrage quelconque qui diminue la résolution de l'image.
Cette dynamique réelle n'est pas totalement et simplement exploitable . Elle n'est pas la dynamique percue ni en visu ni sur papier. Les boitiers la découpe en tranche par IL ou 1/3 d'IL. Avec divers traitements logiciels ou firmwares récents on peut obtenir une visualisation 'honnête'sur 10 ou 11 IL comprimée dans les 8 IL du Jpeg.
cbuild donne le bruit chiffrés sur le D3 et le 40 D. C'est à partir de ces chiffres  qu'il faut définir la dynamique.

[dideos]

oops.. désolé JPS64 . Pour ma peine ...

FPN = vient de l'engliche "fixed pattern noise" , bruit a structure fixe.
Chaque pixel, avant d'etre lu, a besoin d'etre remis a zéro. Le pb, avec les ccd déja mais encore plus avec les cmos, est que ce niveau de remise a zéro n'est pas le meme d'un pixel a l'autre, ce qui crée une trame irréguliere dans l'image , qu'on appelle bruit fixe parce qu'il est plus ou moins reproductible d'une image a l'autre, par opposition au bruit temporel (celui dont on parle habituellement) qui lui varie aléatoirement au cours du temps. Le CDS (correlated double sampling, en english double echantillonnage) est un circuit electronique destiné a supprimer ce bruit fixe (FPN) . En fait si on regarde a l'oscilloscope ce qui sort du capteur, on verra que chaque pixel se compose de deux parties. La premiere qui correspond au palier de remise a zero. La deuxieme qui transporte l'info utile, variant avec la lumiere. Cette deuxieme partie subit le meme petit decalage que la premiere. Le role du CDS est de soustraire la partie 1 a la partie 2, ce qui permet d'annuler le decalage qui cree cette vilaine trame fixe, et de se retrouver avec en sortie un signal clean, sans "FPN"
LSB c'est last significant bit , soit p ex 0 LSB = niveau 0 sur 256 en 8 bits

[dideos]

Comme lucas 77
La technique qui consiste a compter les marches vers le haut n'est pas sujette a confusion. Facile a voir quand ca ecrete..
Par contre vers le bas la visibilité dépend du bruit et de criteres subjectifs, vous n'arriverez jamais a mettre tout le monde d'accord .
C'est pour ca que dans l'industrie et dans les domaines scientifiques, on se rabat sur des mesures de signal sur bruit , qui ont 2 avantages :
1/ d'etre des mesures objectives a partir du moment ou on definit le protocole.
2/ de faire intervenir justement la notion de frequence, cad de filtrage (spatial dans le cas présent)
L'interet pour moi est de savoir ce que vaut le capteur, c'est pourquoi je prefere faire cette mesure en RAW lin sans filtrage (cad a la frequence spatiale max correspondant a sa resolution)
Si on fait cette mesure en jpeg, on aura toujours un resultat mais il ne correspondra plus a la resolution de l'appareil. Pour un appareil de 12 M, a cause du debruitage il correspondra peut etre a 8, peut etre a 5, peut etre a 3.... Ca n'a plus de sens. Impossible de comparer. Par contre cette mesure jpeg est interessante quand meme.
Comme disait Christian dans un autre fil, la mesure de bruit il suffit de la faire a sensibilité native, les autres sensibilités ca ne sert a rien. Il n'y a qu'un ampli entre les deux, si vous mettez un gain de 2, 4, 8 le bruit doit monter de 2, 4, 8. Dans la réalité, le bruit montera moins vite a cause du débruitage.
C'est pour ca que je dis que les mesures de bruits en jpeg (ne) servent (qu') a quantifier le niveau de debruitage du soft 

[JP64]

Merci à LUCAS77 et DIDEOS pour leurs explications détaillées.
A+