Attention, ne contient pas de photo, juste une réflexion sur bruit et résolution

Yaouank · Octobre 23, 2008, 22:08:07

Allez je me lance. J'ai lu plusieurs fois qu'une résolution supérieure pouvait apporter un gain de terme de bruit. L'avis courant est également que les crops à 100% des fichiers du flagship laissent apparaître davantage de bruit que ceux de la concurrence, ce à quoi on répond parfois qu'il ne faut pas comparer des choux avec des carottes, donc encore moins jeter le bébé avec l'eau du bain (rassurez vous, j'en ai fini avec les expressions débiles

).

En même temps, notre magazine fétiche fixe à 1600 ISO la limite où les performances de l'A900 marquent le pas face à la concurrence. Un autre magazine évoque 1000 ISO. Le but de ce post (déjà trop long) est de proposer une toute petite idée sur la variation du bruit avec la résolution (ou le format de tirage).

La mesure du bruit est, à l'origine, une mesure de la dispersion sur une plage de gris. Dispersion voulant dire écart-type, de la variable aléatoire qu'est cette brave intensité lumineuse d'un pixel. Les améliorations successives, détaillées partiellement dans CI, ont consisté d'abord à mesurer en plus le bruit chromatique (c'est-à-dire la dispersion dans chaque canal RGB), puis ensuite à prendre en compte la taille des amas provoqués par le filtrage du bruit en jpeg.

Évidemment, à l'impression, si la résolution est trop importante, la tireuse va effectuer une interpolation au plus proche de l'image. Donc l'argument du bruit inférieur à la trame d'impression est un peu fallacieux, surtout à hauts ISO quand tous les pixels sont bruités. Le bruit ne disparaît pas, mais le tirage interpole l'image (vers le bas).

Considérons dans un premier temps uniquement le RAW, ou alors les jpeg de l'A900 jusqu'à 800 ISO. C'est en effet la limite visible où le bruit est décorrélé spatialement. Après on voit que le traitement interne, du moins par défaut, effectue un lissage spatial (c.f. crops de la dpreview de l'A900 ).
On s'intéresse alors à la moyenne de deux pixels dans une zone homogène en bruit. La somme de deux gaussiennes indépendantes de moyennes m1 et m2 et de même écart type s est encore gaussienne, de moyenne (m1+m2)/2 et d'écart-type s/sqrt(2). Donc le bruit associé au pixel moyenné est multiplié par un facteur 0.7 environ, sous les deux hypothèses que la zone est homogène en bruit (même écart-type) et que le bruit est décorrélé (somme des gaussiennes indépendantes).

Ainsi, pour comparer la dispersion (le bruit) des 24 Mpx de l'A900 à celle des 12 Mpx du D700, il faut multiplier la première par 0.7. C'est le même facteur qui permet de passer du bruit en format A3 au bruit en format A4, puisqu'on a deux fois plus de pixels, à dpi égal, sur un A3 qu'un A4.

Maintenant, vous allez me dire, comme Coluche, et aloooooooooooooors???

Et alors cette même review donne précisément les niveaux de bruits (mesurés en dispersion) de l'A900 et du D700. Les niveaux de bruits de l'A900, de 100 à 800 ISO, sont globalement supérieurs à ceux du D700 - mais en appliquant la formule de réduction, ils sont équivalents, voire légèrement meilleurs pour l'A900 à 100 et 200 ISO.

La deuxième chose, c'est que le bruit augmente exponentiellement avec la sensibilité, c'est-à-dire que le rapport entre le bruit de l'A900 et celui du D700 augmente avec les ISO, pour atteindre par exemple 6/3.5 (soit 1/0.58) à 6400 ISO en luminance. Comparez 0.58 avec 0.7 pas de doute, le D700 est meilleur à cet ISO même en tenant compte d'une réduction de bruit optimale.

Voilà donc un petit modèle pour dire qu'il y a apparemment un effet de cross-over, dans le sens où la résolution peut apporter un plus aux ISO modérés, mais pas aux forts ISO. La résolution apporte un gain multiplicatif à la courbe de bruit, mais ce n'est pas une recette miracle quand le bruit augmente exponentiellement avec les ISO.

Voilà, bonne nuit, ou bon cachet d'aspirine

gestud · Octobre 23, 2008, 22:19:33

Merci!
C'est tellement bon et clair que je l'ai imprimé et classé.

JMS · Octobre 23, 2008, 23:41:55

Pas besoin de cachet d'aspirine pour savoir que l'A900 bruite en hauts ISO, et que si l'on diminue la résolution les détails disparus SOUS les amas de pixels bruités ne reviendront pas par magie. Simplement les comparaisons se font toujours avec le meilleur de la classe, or le meilleur de la classe (enfin, les meilleurs, des quasi jumeaux : D3 et D700...en attendant les mesures du 5D mkII) ont mis le niveau tellement haut que les autres semblent "mauvais". Or, ce n'est pas le cas. L'A900 s'en sort face à pas mal d'autres appareils, mais pas par rapport à un capteur "hors norme".

vianet · Octobre 24, 2008, 00:28:45

Ce n'est pas le capteur directemennt qui est hors norme parce qu'il est assez proche d'un Sony dans sa conception

mais c'est dans le tt du signal derrière complètement orienté bruit et dans le couple dématriçage/filtre passe-bas où Nikon a un savoir faire spécifique qui n'échappe pas aux experts en astrophotographie.

Jean-Claude Gelbard · Octobre 24, 2008, 09:22:01

On pourrait conclure à l'emporte-pièce :
Si vous êtes un adepte de la photo de nuit, prenez un D700 ;
Si vous préférez les grands tirages, prenez un Alpha 900 !

Cela dit, 1600 ISO, ça permet déjà de faire pas mal de choses en faible lumière ; de plus, 24 Mpixels contre 12, ça permet des tirages 40% plus grands ( x1,414 soit surface doublée) à résolution identique.

Yaouank · Octobre 24, 2008, 10:37:42

[at] ear_78
J'avoue ne pas avoir la chance d'avoir le A900 sous la main

Mais entendons nous bien: je cherchais juste à comparer des mesures de bruit, quand elles sont exprimées en dispersion, pour des résolutions différentes. Là tu me parles de l'A700 qui a une taille de capteur 2.35 fois inférieure, et une résolution 2 fois inférieure, donc la densité en pixels n'est pas la même. L'A900 gagne naturellement log2(2.35/2)=0.25 IL par rapport à l'A900.
Après, les courbes de dpreview de l'A700 montrent un lissage à toutes les sensibilités, donc on ne peut pas appliquer le modèle pour les comparer directement à celles de l'A900. De plus, il est fort possible que la technologie se soit améliorée entre leurs deux capteurs.
Je voulais illustrer le fait qu'avoir des pixels plus gros (en augmentant la taille du capteur, ou en diminuant la taille des pixels), à techno égale, permet de recevoir plus de lumière, donc de déplacer la courbe de bruit selon l'horizontale; l'hypothèse étant qu'un pixel deux fois plus gros reçoit deux fois plus de lumière, donc gagne 1 IL. La haute résolution, ou le changement de format d'impression, lui, multiplie la courbe suivant la verticale. Bien entendu, savoir si la dispersion mesure bien l'impression visuelle du bruit est un autre débat.
Mon post n'avait pour objectif que d'éclairer, si possible, le débat haute résolution / haute sensibilité. Bien entendu le dernier mot quand aux performances réelles de l'A900 sera laissé aux heureux testeurs et utilisateurs de l'appareil qui sauront en tirer la quintessence

senbei · Octobre 24, 2008, 10:41:19

Pour relativiser, à taille de tirage restreinte, le peu de gêne apportée par une forte quantité de bruit sur une image de très haute définition, ça n'est pas simplement la quantité de bruit qui importe, mais sa fréquence spatiale.

Le principal écueil auquel se frottent les amateur de hauts iso n'est pas le bruit fin qui se filtre facilement et disparait comme par magie en réduisant la taille de l'image, mais les bandings, parasitages linéaires, halos thermiques de bords de capteurs etc. Tout ce qui perturbe l'image sur de grandes zones.
Et ce défaut-ci est difficile à mesurer, parce qu'il peut être différent d'un appareil à l'autre (même marque, même modèle), parce qu'il peut varier en fonction de conditions extérieures (température ambiante, utilisation du liveview prolongée avant de prendre la photo, lieu de prise de vue parasité d'antennes portables, etc.), et parce qu'on ne saurait pas où mesurer dans l'image et comment séparer le bruit haute fréquence peu gênant du bruit basse fréquence.

Ainsi, certaines appareils, dans certaines conditions de prises de vues, peuvent produire des images avec des niveaux de bruit fin relativements corrects, mais où des défauts basses fréquences ruinent le résultat, et l'image peut avoir 15, 20 ou 30 Mpixels, ces défauts se verront quelle que soit la taille de tirage.

JMS · Octobre 24, 2008, 10:41:50

Un peu de sérieux...la taille du pixel de l'A900 est la même que celle des A100 ou A200, ou Nikon D200...ou D60. La taille du pixel de l'A700 est à peine un petit peu plus petite. Donc si un A900 peine face à un D60 (dont le capteur provient aussi de chez Sony, et est en plus un CCD d'ancienne génération et pas un CMOS de dernière génération) ce n'est nullement un problème de taille de pixel mais uniquement de post traitement logiciel.

senbei · Octobre 24, 2008, 10:56:44

Autre réflexion : si l'on admet qu'avec une photo bruitée de 25 Mpix prise à 1600 iso on peut avoir - une fois ramenée sur un tirage A3 où moins - une qualité équivalente à une photo peu bruitée de 12 Mpix toujours à 1600 iso, que se passe t'il pour un tirage plus grand ?
Qu'est-ce qui sera le plus agréable à regarder, un tirage A1 du 25 Mpix qui dévoilera son bruit à l'observateur qui s'approchera trop près*, ou bien un tirage A1 du 12 Mpix qui dévoilera un léger manque de définition à l'observateur qui s'approchera trop près* ??

* s'approcher trop près consistant à ne plus regarder un tirage dans son ensemble, mais par exemple être à 30 cm d'un A1, ce qui est le comportement des pinailleurs qui s'intéressent moins à ce que représente la photo, qu'à savoir "comment c'est imprimé, et avec quel appareil".
(On l'a tous déjà fait

)

JMS · Octobre 24, 2008, 11:40:56

Je vous posterai des crops...imprimables (fichiers a3 à 300 dpi) la semaine prochaine, avec la double manip : A900 de 3200 réduit en A3, D3 de 3200 gonflé en A2...mais les fichiers de l'A900 ne seront pas développés dans IDC3 uniquement, et çà changera pas mal de choses.

Pour avoir des points communs, le D3 sera aussi traité par les mêmes logiciels que l'A900,

cagire · Octobre 24, 2008, 12:16:10

Le plus qualitatif est d'interpoler le NEF sous NX (pour le raw du Sony si cela n'était pas possible avec un logiciel de développement, ce serait quand même un handicap à considérer et dont ne doit pas souffrir un concurrent). A partir d'un fichier bitmap la comparaison serait biaisée. Logiciel, boîtier, optique forment un ensemble indissociable faisant partie d'un système.

JMS · Octobre 24, 2008, 13:02:13

Pour moi c'est Capture One 4.5. Mais franchement, ACR 4.6 et son jumeau Litgh Room 2 ne se débrouillent pas mal non plus...!

JMS · Octobre 24, 2008, 13:14:07

Si on veut comparer les offres de base, il existe bien entendu aussi un logiciel Nikon gratuit pour développer les RAW, c'est View NX. Si je compare à la base A900 et D3 avec les logiciels in the box, c'est bien entendu View NX qui sera utilisé contre IDC 3 et pas NX2 qui est vendu 200 euros ! Et IDC3 sait bien entendu interpoler le RAW d'A900...quand même !

kochka · Octobre 24, 2008, 13:31:37

Citation de: JMS le Octobre 24, 2008, 10:41:50
Un peu de sérieux...la taille du pixel de l'A900 est la même que celle des A100 ou A200, ou Nikon D200...ou D60. La taille du pixel de l'A700 est à peine un petit peu plus petite. Donc si un A900 peine face à un D60 (dont le capteur provient aussi de chez Sony, et est en plus un CCD d'ancienne génération et pas un CMOS de dernière génération) ce n'est nullement un problème de taille de pixel mais uniquement de post traitement logiciel.

La conclusion s'impose : Attendons que nikon unisse le meilleur des deux mondes, le capteur SONY très défini et l'excellent traitement du bruit Nikon.
Qui a dit au fond de la classe : c'est pour cela que la sortie du D800 tarde?

Yaouank · Décembre 16, 2008, 10:02:33

Apparemment, sans vouloir relancer inutilement sur lé rééchantillonnage et la diminution du bruit...
Il existe d'autre gens que ça travaille, et qui montrent que le facteur sqrt(2) est optimiste!
http://blog.dpreview.com/editorial/2008/11/downsampling-to.html

gbsc · Décembre 24, 2008, 19:04:19

il y a un autre facteur que les personnes ne prennent pas en compte dans cette course aux ISO.... l'ouverture a laquelle est prise la photo. Je m'explique. ll n'existe pas de zoom ouvrant et trés peu d'optiques stabilisées ouvrant a f2. Aucune optique stabilisée ouverte a f1.4. Pour ceux qui comme moi sont des adeptes de la faible profondeur de champs que permet justement un capteur FF. Le fait de pouvoir avoir un 85 ou un 35 1.4 stabilisé par le boitier (et non pas par l'optique) devrait permettre de faire des images nettes à 800 ISO là ou un D700 demande 1600 ou 3200 ISO et une vitesse supérieure et donc de compenser, tant par la vitesse moindre que par la sensibilité moindre un traitement du bruit un peu moins bon....la stabilisation par le boitier du A900 est donc trés tentante....bien sur ce que je dis ne s'applique pas en photo de sport pour lesquelles la vitesse est importante...