Rumeur de Nikon Z 61 Mpixels / 16 bits

Démarré par Mistral75, Septembre 19, 2019, 18:01:50

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Christophe NOBER

Citation de: Stepbystep le Septembre 26, 2019, 12:39:21
Après réflexion, je ne suis pas sûr que ça joue vraiment.  :-\

Si , ça permet de sous exposer légèrement tout en gardant des valeurs de codage de qualité .

En sous exposant de 2 IL un RAW 14 bits , tu te retrouves grosso modo avec une qualité de codage des anciens RAW 12 bits .( ce qui n' est pas le but , c'est juste un raccourci ) .

Donc tu as des HL de qualité grâce à la marge d' exposition et un meilleur codage en bas pour utiliser toute la dynamique du capteur : c'est mieux partout .

Coder sur 16 bits n' apporterait que du confort ... inutile avec les capteurs actuels

Tonton-Bruno

Citation de: ergodea le Septembre 26, 2019, 12:57:43
donc ces 16 bits ce serait du vent? du moins concernant le capteur sony 60mp actuel?
C'est ce qu'a démontré Astrosurf il y a quelques années pour les dos Phase One.

Pour le futur boîtier de Nikon, on peut être sceptique et on verra bien à l'usage.

Dès aujourd'hui, dans 99,99% des cas, tu peux te contenter du RAW 12 bits compressé sans perte, tu ne perdras pas grand chose.

jenga

Citation de: restoc le Septembre 25, 2019, 09:18:15
(...)
Ton post aborde plusieurs aspects intéressants, qui méritent réponse; j'essaie de le faire ci-après.

jenga

Citation de: restoc le Septembre 25, 2019, 09:18:15
C'est l'erreur de Junga de commencer son raisonnement en comptant le nb de photons alors que la photo numérique ( donc la quantification ) ne commence qu'à partir du moment où les photons sont transformés en volts, pour faire simple.
je dirais plutôt que tout se joue en amont:

-en termes de filtrage des couleurs pour obtenir des photosites R, V, B bien caractérisés

-en termes d'efficacité quantique, c'est-à-dire du rapport entre le nombre de photons reçus et le nombre d'électrons collectés, qui donnera après lecture une tension proportionnelle à ce nombre d'électrons.
On cherche à avoir une efficacité élevée, et surtout constante en fonction du remplissage du photosite: la tendance naturelle serait que l'efficacité diminue au fur et à mesure que le site se remplit (à cause de l'élévation progressive de la barrière de potentiel).
Donc, ce n'est pas gagné d'avance d'avoir une sortie en volts (si tu veux raisonner sur cette étape de la chaîne), proportionnelle à la quantité de lumière.

-en termes de rapport signal/bruit (S/B)
Dans les applications autres qu'à très faible niveau de lumière, c'est le bruit photonique qui domine, et il est présent par définition dans le rayonnement lumineux reçu.
Le bruit photonique étant égal à la racine carrée du signal lumineux, on a S/B = signal/racine (signal) = racine(signal)

(pour les non matheux: pour signal= 100 on a bruit = racine(100) = 10, donc S/B=100/10 = 10 également)

Le rapport S/B photonique étant égal à racine(signal), il augmente quand le signal augmente. Il faut donc collecter autant de signal que possible pour améliorer S/B, d'où l'importance de la capacité des photosites.

C'est pourquoi je dirais que tout se joue au niveau de la collecte des électrons dans les photosites. Si le photosite ne peut capter que 40000 photons, le rapport S/B ne sera jamais meilleur que 200, même si le bruit de lecture est nul, même si on numérise sur 16 ou pourquoi pas 40 bits...


jenga

Citation de: restoc le Septembre 25, 2019, 09:18:15
D'ailleurs les mesureurs (!) DXO, Claff etc ne prennent en compte que le bruit d'instrumentation ( de l'appareil)  globalisé sous le nom de bruit de lecture.
Non, justement. Les mesures de rapport signal/bruit (SNR) de DXO, par exemple, concernent essentiellement le bruit photonique, parce qu'il est dominant dans les applications usuelles. Voici deux manières de le constater:

La définition
https://www.adimec.com/how-to-interpret-the-dynamic-range-and-signal-to-noise-ratio-snr-in-image-sensor-and-industrial-camera-specifications/

The SNR in a specification sheet is determined by taking the maximum signal (Full well) divided by the shot noise of the maximum signal, or SQRT(Full Well).
(le rapport S/B est déterminé en prenant la capacité du photosite divisée par le bruit photonique du signal maxi, soit la racine carrée de la capacité du photosite)

SNR – 20 LOG10(SQRT(Full Well))
En unités dB, le rapport S/B est égal à:  20 log décimal de la racine carrée de la capacité du photosite

Les valeurs mesurées
Prenons quelques mesures DXO et comparons les au rapport S/B photonique

D850: capacité du photosite 61000 électrons. Donc rapport S/B photonique= 20log10(racine(61000) = 47,8     Mesure DXO: 47,1
5DSR: capacité du photosite 34000 électrons. Donc rapport S/B photonique= 20log10(racine(34000) = 45,3     Mesure DXO: 44,7

Le SNR (de DXO ou autre) mesure essentiellement le bruit photonique, et non le bruit d'instrumentation.

jenga

Citation de: restoc le Septembre 25, 2019, 09:18:15
Le nb de photons est heureusement largement excédentaires dans la vie courante et pour la photo courante sinon quelle galère ce serait pour l'oeil et la photo n'existerait pas depuis Nicephore. Tant qu'on n'atteint pas des vitesses d'obturation proche de la vitesse de la lumière, le temps d'intégration de l'oeil ou de l'appareil fait que ( merci Poisson) on somme/moyenne  le maximum de signal et donc on ne perçoit pas de bruit.  L'approche photonique du bruit en photo ou vision courante a finalement peu d'impact.
L'oeil intègre et le cerveau lisse, donc nous ne percevons pas ou peu le bruit photonique. Pour un APN, c'est différent:
-chaque photosite reçoit en réalité une faible quantité de photons dans les conditions usuelles (typiquement quelques dizaines de milliers)
-donc avec un rapport signal/bruit modeste (typiquement 250 dans le meilleur des cas pour les 24x36 dont nous parlons)

-et l'APN mesure de façon très précise la quantité collectée par chaque photosite, avec très peu de lissage, ce qui rend le bruit de photons apparent et dominant dans la plupart des cas.

Pour un D850, par exemple, à sensibilité native:
-capacité photosite 61000
-conversion 14 bits, donc la pleine capacité 61000 correspond à valeur (sur 14 bits) 16383, ce qui fait un gain de 1/4 environ à sensibilité native (monter les isos revient à augmenter ce gain)

-bruit APN:
   1 électron à la lecture,
   1,5 unités (sur l'échelle 14 bits) pour les autres étages

A plein remplissage (61000 électrons):
-bruit photonique  246, soit (en tenant compte du gain 1/4): 61 unités (sur 14 bits)
-bruit lecture 1, soit (en tenant compte du gain 1/4): moins d'une unité
-autres bruits APN: 1,5 unité

Le bruit photonique est largement dominant à plein remplissage: 61 contre moins de 2

Au centième du plein remplissage (610):
-bruit photonique  24, soit (en tenant compte du gain 1/4): 6 unités (sur 14 bits)
-bruit lecture 1, soit (en tenant compte du gain 1/4): moins d'une unité
-autres bruits APN: 1,5 unité

Le bruit photonique reste  dominant pour un photosite rempli à 1/100: 6 contre moins de 2

A 0,0006 fois le plein remplissage (36):
-bruit photonique  6, soit (en tenant compte du gain 1/4): 1,5 unités (sur 14 bits)
-bruit lecture 1, soit (en tenant compte du gain 1/4): moins d'une unité
-autres bruits APN: 1,5 unité

Il faut descendre à 6 dix-millièmes du plein remplissage pour que le bruit photonique descende au niveau du bruit APN

jenga

Citation de: restoc le Septembre 25, 2019, 09:18:15
Une autre confusion qui a la vie dure et à tordre le cou : les bits de poids faible ( 13, 14 15, 16 etc) ne correspondent absolument pas aux basses lumières. Ils modulent tous les bits dans l'intervalle de dynamique !!!!
C'est vrai d'un point de vue codage, mais dans le cas des lumières hautes et moyennes ces bits sont noyés dans le bruit photonique.

Dans mon post précédent, j'ai montré que pour un D850:

-photosite complètement rempli: bruit photonique= 61 unités (sur 14 bits):  les 6 LSB sont dans le bruit photonique
-photosite rempli à 1%: bruit photonique= 6 unités (sur 14 bits):  les 3 LSB sont pratiquement dans le bruit photonique

C'est seulement à très bas niveau de lumière que les LSB ne sont plus dans le bruit photonique. Donc, il n'est pas faux, du point de vue physique, de dire qu'ils correspondent aux basses lumières.

jenga

Citation de: restoc le Septembre 25, 2019, 09:18:15
Si on veut donner du crédit au passage à 16 bits , il faut absolument d'autres conditions : que le bruit de lecture devienne trés faible ou que la dynamique de la photo devienne énorme. Il faudrait faire le calcul mais il faudrait passer à des dynamiques de 20 Il pour commencer à toucher le bénéfice du 16 bits et cei avec quelques  conditions péremptoires: travailler obligatoirement à l'iso natif,  avec un éclairement donnant cette dynamique et avec  une scène réfléchissant cette dynamique.

Passer de 14 à 16 bits, signifie une échelle de quantification 4 fois plus fine, ou 4 fois plus étendue, peu importe (on aligne la valeur max du convertisseur sur la tension du photosite complètement rempli, à gain ISO minimal; on peut qualifier cela comme on veut)

On a vu que le rapport S/B est limité par le bruit photonique dans les conditions usuelles de lumière, et par le bruit APN à faible lumière.
On constate également que les 14 bits actuels, sur des 24x36 plutôt haut de gamme, sont quand même un peu optimistes, il n'y a pas de situation où le dernier bit est significatif.

Il n'y a donc pas de marge à 14 bits, ce qui signifie que passer à 4 fois mieux nécessite(*) de :
-augmenter le rapport S/B photonique pour les conditions d'éclairage usuelles; pour cela, il n'y a pas d'autre solution qu'augmenter la capacité des photosites
-diminuer le bruit apporté par l'APN, pour les situations à basse lumière

Le saut technologique à franchir pour remplir ces deux conditions, me semble très important, surtout, considérant la première, avec des photosites de surface moindre.

(*) pour que les 16 bits soient autre chose qu'un argument commercial, dont il ne faut pas toutefois négliger l'importance. Si cet argument permet d'en vendre davantage et que les prix baissent, ou que par effet de gamme les modestes "14bits" voient leur prix baisser, ça me va très bien  ;)

Christophe NOBER

Citation de: Stepbystep le Septembre 26, 2019, 13:32:48
Pas sûr, les "trous" sont tellement fins que ça ne devrait pas vraiment jouer.

Tu parles de quels trous ?  :o

Il n' y a pas de trou , sous exposer correspond juste à décalage du codage , on déplace la dynamique de la scène dans la "zone de codage" .

Et c' est ce que l'on observe tous depuis les nouvelles générations Exmor chez Nikon , un DL assez protecteur qui sauvegarde les HL et malgré ça des valeurs de BL sans bruit .

Ce n' est pas comme tu as dit que les HL étaient plus récupérables , c' est que l' exposition est plus conservatrice , si tu travailles en jpeg tu peux avoir l'impression de rattrapage des HL , mais avec un profil linéaire , tu t' aperçois que la marge vis à vis des HL est confortable .

C' est encore plus vrai chez Fuji avec le Dng-DRP qui garde une marge raisonnable pour les HL compte tenu de la dynamique de la scène , c' est encore plus fin .

Il se peut même que dans certains cas , ça soit tellement protecteur que le bit de poids le plus fort soit quasiment vide , ce qui revient à travailler sur 13 bits

Christophe NOBER

Citation de: Stepbystep le Septembre 26, 2019, 13:56:27
Entre les valeurs possibles d'un 14 bits calé à gauche sur 16 et un vrai 16 bits. En gros, sur un 14 bits calé sur 16, tu n'auras qu'une valeur sur 4 qui sera significative. Ce qui me fait penser que dans le cas des BL ou HL, ça ne joue pas vraiment.

Exemple, tu auras :

1010101010101000 => 43688
1010101010101100 => 43692
1010101010110000 => 43696

etc...

On est bien d' accord , le codage joue peu , mais permet d' exposer différemment , ça là la grande différence

Christophe NOBER

Citation de: Stepbystep le Septembre 26, 2019, 14:04:01
C'est théorique, mais je ne suis pas sûr que la différence soit visible par rapport aux pratiques actuelles, à cause de la taille des trous.

;D

jenga

Citation de: Stepbystep le Septembre 26, 2019, 13:44:22
1) On ne collecte pas d'électrons. Le photosite collecte des photons

Ben voyons.
Pourquoi la capacité des photosites est-elle exprimée en nombre d'électrons, alors?

Collecter: Recueillir, rassembler toute sorte d'éléments concrets ou abstraits en vue d'une action précise

Les photons ne se collectent pas, on ne sait pas les stocker.
Lorsque les photons arrivent dans la zone photosensible, une partie interagit avec la matière et produit finalement des électrons, qui sont collectés dans le photosite.

jenga

Citation de: Stepbystep le Septembre 26, 2019, 13:44:22
Pour faire simple, on mesure une différence de tension entre deux instants t (puisque c'est un condensateur qui se décharge dans le temps) qui va déterminer la valeur analogique qui va être convertie en numérique.

:o :o :o

Les électrons collectés dans le photosite polarisent la grille d'un transistor CMOS (capteurs CMOS).
Ils la polarisent parce qu'ils portent des charges électriques négatives.
Les photons ne portent pas de charge électrique et ne pourraient rien polariser du tout.

Cette grille est isolée, c'est la caractéristique principale de la techno CMOS. Le photosite ne se décharge pas tant qu'il n'est pas remis à zéro après la lecture.

La polarisation de la grille par les électrons produit, en sortie du transistor CMOS, une tension proportionnelle au nombre d'électrons collectés, donc proportionelle au nombre de photons incidents.

Il n'y a pas de décharge de condensateur, ni de mesure de différence de tension entre deux instants. La tension est mesurée une seule fois, au moment de la lecture, après l'exposition.

Bernard2

#188
Citation de: Stepbystep le Septembre 26, 2019, 23:23:27
Heu...

Non !
Si. En pénétrant dans le photosite les photons "arrachent" des electrons aux atomes de silicium en leur communiquant leur énergie c'est pour cela qu'on les appelle photoelectrons. C'est eux qui vont constituer la charge (en créant des paires electron e- et trou) qui sera stockée dans le puits

big jim

Citation de: Stepbystep le Septembre 27, 2019, 00:20:42
Ce n'est pas ça que j'appelle collecter des électrons. On ne collecte pas, on déplace des électrons déjà présents par l'apport de photons à des atomes (de mémoire).

T'en n'as pas marre ? Soit tu te souviens de tes cours, sois tu va sur Wiki ;-) 
L'effet photoélectronique est expliqué depuis Einstein, parait même que ça existait avant que lui et ses prédécesseurs ne l'étudient...  ;D
Sinon, il y a les bouquins de René Bouillot, ça mettra tout le monde d'accord, enfin surtout ceux qui ne le sont pas avec les autres...

JP64

Il me semble que vous avez tous deux raison.  Vous jouez sur les mots, c'est tout. C'est fatigant !
Cumulard con&goujat à la fois

Sebmansoros

Citation de: JP64 le Septembre 28, 2019, 08:04:54
Il me semble que vous avez tous deux raison.  Vous jouez sur les mots, c'est tout. C'est fatigant !

+1, mème très fatiguant.

seba

Citation de: seba le Septembre 23, 2019, 15:18:49
Si l'observateur regarde horizontalement, cette fois les verticales de l'immeuble ainsi que de l'image A sembleront bien verticales...et celles de l'image B aussi.

Mais je vais préparer une illustration de tout ça en photos, ça va prendre un peu de temps.

Citation de: jenga le Septembre 23, 2019, 20:41:48
Très bien!

J'ai créé un nouveau fil dans la rubrique "Forum pratique".


egtegt²

Citation de: Stepbystep le Septembre 27, 2019, 22:42:28
Si tu veux des bouquins , je peux t'en trouver plein.

Mais on ne compte ni les photons, ni les électrons, on mesure une différence de tension. Point barre !

Mais si la référence est wikipédia, je m'incline...  ::) ::) ::)
Et si j'ai bien suivi, cette différence de tension est directement proportionnelle au nombre d'électrons "arrachés" au silicium, eux même directement proportionnels aux nombre de photon reçus par le photosite.

Donc ce qui reste comme incertitude :
1) La variation quantique du nombre d'électrons par photosite
2) La précision de conversion des photons en électrons,
3) La précision de lecture de la tension résultante,
4) La précision de conversion de cette tension en valeurs numériques

Si la précision des 3 premiers points ne permet pas d'avoir plus de 16384 valeurs différentes, alors ajouter 2 bits ne va rien apporter de plus.

Or si j'ai bien compris, un photosite de D850 ne peut recevoir que 60000 photons avant de saturer, sachant que l'effet photoélectrique fait que ça va libérer 1/4 d'électrons seulement soit 15000 électrons. Donc même si la suite de la chaîne est parfaite, on pourra quantifier au mieux 15000 valeurs différentes (de 0 à 15000 électrons)

Donc avec les photosites d'un D850, dépasser 14 bits ne servira strictement à rien en termes de qualité de la capture.

P.S. : j'ai suivi avec amusement votre bagarre de bits de poids fort ou faible, c'est idiot : on ajoute 2 bits. Point. Ils ne sont ni forts ni faibles. Quand j'augmente en le gonflant le volume d'un ballon, je ne l'ajoute ni en bas ni en haut, je l'augmente, c'est tout ;)

Verso92

Citation de: egtegt² le Septembre 30, 2019, 16:37:44
P.S. : j'ai suivi avec amusement votre bagarre de bits de poids fort ou faible, c'est idiot : on ajoute 2 bits. Point. Ils ne sont ni forts ni faibles. Quand j'augmente en le gonflant le volume d'un ballon, je ne l'ajoute ni en bas ni en haut, je l'augmente, c'est tout ;)

Quand tu implémentes un convertisseur A/N sur une carte (qui va être montée dans un équipement qui va lui-même être monté dans un avion, un train, etc), je te prie de croire que si tu ajoutes deux bits, ça ne va pas marcher pareil si tu les ajoutes en MSB ou en LSB...

Wolwedans

Citation de: egtegt² le Septembre 30, 2019, 16:37:44
Donc ce qui reste comme incertitude :
1) La variation quantique du nombre d'électrons par photosite
2) La précision de conversion des photons en électrons,
3) La précision de lecture de la tension résultante,
4) La précision de conversion de cette tension en valeurs numériques

Si la précision des 3 premiers points ne permet pas d'avoir plus de 16384 valeurs différentes, alors ajouter 2 bits ne va rien apporter de plus.

Or si j'ai bien compris, un photosite de D850 ne peut recevoir que 60000 photons avant de saturer, sachant que l'effet photoélectrique fait que ça va libérer 1/4 d'électrons seulement soit 15000 électrons. Donc même si la suite de la chaîne est parfaite, on pourra quantifier au mieux 15000 valeurs différentes (de 0 à 15000 électrons)

Donc avec les photosites d'un D850, dépasser 14 bits ne servira strictement à rien en termes de qualité de la capture.
Le 4) induit une erreur/alea de quantification, et si tu veux approximer correctement les 15000 valeurs il y a sûrement un intérêt à suréchantillonner pour diminuer le bruit de quantification, surtout dans les BL, que ce soit dès la conversion puis avec des algos en post production ?

jenga

Citation de: egtegt² le Septembre 30, 2019, 16:37:44

Si la précision des 3 premiers points ne permet pas d'avoir plus de 16384 valeurs différentes, alors ajouter 2 bits ne va rien apporter de plus.

Or si j'ai bien compris, un photosite de D850 ne peut recevoir que 60000 photons avant de saturer, sachant que l'effet photoélectrique fait que ça va libérer 1/4 d'électrons seulement soit 15000 électrons. Donc même si la suite de la chaîne est parfaite, on pourra quantifier au mieux 15000 valeurs différentes (de 0 à 15000 électrons)

Donc avec les photosites d'un D850, dépasser 14 bits ne servira strictement à rien en termes de qualité de la capture.


Conclusion tout-à-fait correcte.

En fait, 60000 est la capacité en électrons, ce qui correspond environ au double de photons capturés (l'efficacité photon -> électron étant d'environ 0,5 pour le D850).
Avec la conversion 14 bits (0..16383), le gain à iso natif est donc environ 1 unité de conversion pour 8 photons, et ce point est très important, c'est lui qui permet de rendre significatif l'avant-dernier bit, dans le meilleur cas.

Tant qu'un photosite reçoit plus de 256 photons, le bruit photonique est supérieur à 16 photons, donc supérieur à 2 unités de conversion: les 2 bits de poids faibles sont dans le bruit dans les situations d'éclairement usuelles et même faibles.

En dessous de 256 photons, le bruit photonique affecte de moins en moins les deux derniers bits, mais la limitation provient alors du bruit apporté par l'APN; pour un D850, il est d'environ 1 électron à la lecture, plus 1,4 unité de conversion (ce qui est remarquable!): le dernier bit est toujours dans le bruit, dans tous les cas d'éclairement, et l'avant-dernier est à la limite du significatif.

Sur un D850, l'avant-dernier bit est donc à peu près significatif en-dessous de 256 photons, et le dernier jamais. Pour un Z7, c'est un peu moins bon, les deux derniers bits (sur 14) sont toujours dans le bruit puisque le bruit APN est 1 électrons plus 2,6 unités de conversion.

Passer à 16 bits sans rien changer d'autre, c'est-à-dire en découpant plus finement la même plage de tension, est donc inutile; cela ne fait que couper en 4 un bit qui est déjà toujours dans le bruit.

Passer à 16 bits en augmentant d'un facteur 4 la plage de tension peut se faire en augmentant l'amplification d'un facteur 4, mais cela ne gagne pas de précision non plus, cela ne fait que multiplier le bruit photonique et le bruit de lecture, qui sont déjà limitants à 14 bits.

Passer à 16 bits en augmentant la capacité des photosites gagne en rapport signal/bruit photonique (gain 2 en S/B pour une capacité quadruplée).
A condition de réduire d'un facteur 4 le bruit apporté par l'APN, il serait donc possible, à partir d'une base "D850", de mesurer en laboratoire un petit gain lié au passage à 16 bits, dans les faibles conditions d'éclairement.

Mais ce gain nécessiterait des prouesses technologiques (4 fois moins de bruit APN et au minimum 4 fois plus de capacité photosite, idéalement 16 fois plus pour un rapport S/B amélioré de 4, et cela malgré la surface diminuée), véritablement en rupture par rapport à la progression constatée ces dernières années.

Cela dit, je suis persuadé de l'intérêt commercial d'un passage à 16 bits sans rien changer d'autre, tant les croyances à ce sujet sont ancrées dans les esprits, par l'action des fabricants et des blogueurs (la lecture de certains fils de la section MF est révélatrice de ce fait).

egtegt²

Citation de: Verso92 le Septembre 30, 2019, 17:54:18
Quand tu implémentes un convertisseur A/N sur une carte (qui va être montée dans un équipement qui va lui-même être monté dans un avion, un train, etc), je te prie de croire que si tu ajoutes deux bits, ça ne va pas marcher pareil si tu les ajoutes en MSB ou en LSB...
Alors j'ai dû mal comprendre quelque chose : pour moi, quand tu passes de 8 bits à 10 bits, tu passes d'une plage de 256 valeurs différentes à une plage de 1024 valeurs, comment peut-on dire qu'on ajoute ces deux bits à gauche ou à droite ?

Christophe NOBER

Citation de: egtegt² le Octobre 01, 2019, 14:57:53
Alors j'ai dû mal comprendre quelque chose : pour moi, quand tu passes de 8 bits à 10 bits, tu passes d'une plage de 256 valeurs différentes à une plage de 1024 valeurs, comment peut-on dire qu'on ajoute ces deux bits à gauche ou à droite ?

Parce qu'on aligne les bits de poids fort avec la saturation potentielle du capteur