Exposition à droite et ISO

[stingray]

Bon, je vous préviens ça va être un petit peu long
Je ne savais pas trop dans quelle rubrique poster ceci, les exemples sont issus d'un D5D mais tout cela devrait sans problème s'appliquer aux Alpha, du 100 au 900. Si un modo trouve un endroit plus approprié, pas de soucis

Tout d'abord, ce post s'adresse à ceux qui shoot en raw. Ceux qui restent en jpg vous pouvez donc passez au topic suivant, pour les autres, vous risquez d'être assez surpris par ce qui va suivre et cela risque même de changer quelque peu la façon dont vous utilisez votre reflex numérique (c'est le cas pour moi depuis une semaine).

Comme beaucoup d'entre vous, j'ai toujours entendu dire qu'il fallait exposer un maximum à droite pour minimiser la montée du bruit. C'est d'ailleurs ce que j'ai fait systématiquement depuis quelques années en me disant que c'était quand même diablement efficace. Cette habitude pose quand même quelques problèmes :
- on expose a droite pour avoir moins de bruit
- on risque d'avoir du bruit quand on monte en iso
- on monte en iso car la vitesse d'exposition n'est pas assez élevée
- pour exposer à droite il faut baisser la vitesse d'exposition

On voit donc qu'on arrive souvent a une impasse quand on manque de lumière car pour exposer à droite il faudrait monter en iso car on ne peux plus baisser la vitesse. En gros l'exposition à droite cela marche très bien, mais pas quand on en a le plus besoin (quand on manque de lumière), ou alors sur pied.

Récemment, la publication des mesures de différents reflex numériques sur le site DxOMark et quelques discussions agités sur Chassimage m'ont fait me poser encore plus de questions sur l'utilité d'exposer à droite et de monter en iso.
Pratiquement tout se trouve en fait dans les mesures de dynamique de mon D5D et des reflex Sony publiés. En comparant aux mesures des Canon, une chose m'a frappé : chez Sony (et KM) la dynamique varie de manière linéaire avec les ISO avec une pente de -1IL par doublement d'iso. Cela veut dire en simplifiant un peu que le bruit électronique double à chaque fois que l'on double les iso. Hors, si je prend une photo en raw à 200iso, et que je la développe avec une compensation d'expo de +1IL je double aussi le bruit électronique ; exactement le même résultat qu'une photo à 400iso d'après les mesures de DxO.
J'ai donc tenté de vérifier ceci en pratique : j'ai sorti mon pied, je me suis mis dans la chambre de ma fille histoire d'avoir pleins de couleurs pour voir éventuellement une dérive colorimétrique, 1600 iso, f/5.6 et 1/10s. Je prend ma photo, puis je me met à 800iso sans rien toucher d'autre, donc toujours f/5.6 et 1/10s, pareil avec 400iso et 200iso. Autant vous dire que la vignette jpg du 200iso au dos de l'appareil est bien sombre.

Ensuite je passe au dématriceur, je développe mon 1600iso avec tout à zéro puis en gardant exactement les même réglages pour les trois autres clichés, j'ajuste la compensation d'expo pour avoir la même luminosité que ma référence à 1600iso. Je trouve +0.9IL pour le 800iso, +1.8IL pour le 400iso et +2.8IL pour le 200iso, cela devrait être +1, +2 et +3IL mais les variations d'iso ne sont pas parfaite et les mesures DxO d'ISO réel montrent les même écarts que je trouve en pratique.

Ensuite on regarde les résultats, surtout les zones sombre ou l'on devrait voir le plus de différences, je vous met des crops 100% (cliquables) avec des HL, de la couleur et des zones sombres :

1600 iso :



800 iso :



400 iso :



200 iso :



Je ne sais pas pour vous, mais moi, à part les différences que l'on verra toujours entre deux photos prisent à 2 secondes d'intervalle, je ne vois pas grand chose comme différences. En cherchant bien, il semble qu'il y ai quelque chose dans les très basses lumières, mais sans qu'il y ai vraiment un classement qualitatif proportionnel aux iso. Pourtant la 1600 iso est exposé à droite et la 200iso est complètement bouchée.

Alors exposer à droite ne sert à rien ?
Pas tout à fait, mais là je fatigue un peu, la suite au prochain épisode

[stingray]

Bon ça déchaine pas les foules mais je continue quand même

Alors exposer à droite ou pas ?
oui, mais pas en montant en iso, le principale avantage de l'exposition à droite est d'exploiter au maximum la dynamique du capteur avant l'amplification analogique des réglages iso et la conversion analogique numérique.

Si l'on regarde quel chemin suis le signal depuis le capteur jusqu'à la carte mémoire, on a quelque chose comme ça :



Différentes sources de bruits interviennent à différents endroits dans ce diagramme :

- au niveau du capteur, la principale source de bruit est le bruit photonique (ou de scintillement) qui est du au fait que l'on compte le nombre de photon sur une surface défini pendant un temps défini. L'analogie qui va bien pour expliquer ce bruit est la pluie qui commence a tomber sur une terrasse carrelée. Si l'on compte les goutte sur un carreau, on ne va pas trouver le même nombre que sur le carreau voisin, etc ... Cette différence de nombre de gouttes entre différents carreau alors que la pluie tombe de la même façon sur toute la terrasse est un bruit. On sait même calculer exactement ce bruit qui est égal à la racine carré du nombre de goutte sur un carreau. Le bruit photonique est souvent négligé alors que c'est le bruit qui a la contribution la plus importante des que l'on a quelques photons.
- Le CDS (Correlated Dual Sampling) sert à réduire le bruit de lecture du CCD ou du CMOS. En revenant à l'analogie de la pluie sur la terrasse, l'obturateur couvre la terrasse, on remet à zéro le capteur en essuyant les gouttes qui sont tombés avant (mais il en reste toujours un peu), on fait donc une première mesure de ce qui reste, on ouvre l'obturateur pendant le temps de pose et on fait une deuxième mesure une fois le temps de pose fini. La différence entre ces deux mesures donne le nombre de gouttes tombées pendant le temps de pose. Le CDS n'étant pas parfait, il reste une erreur dans la mesure ainsi qu'un bruit électronique dû au CDS lui même. Ce bruit est appelé bruit de lecture.
- Le PGA (Programmable Gain Amplifier) est un amplificateur à gain programmable qui va amplifier le signal qui sort du CDS en fonction des ISO sélectionnés sur le boitier. A chaque fois que l'on double la valeur ISO on va aussi doubler le gain du PGA. Ce PGA a son propre bruit électronique (une partie fixe et une partie qui dépend du gain) et va aussi amplifier le bruit de lecture et le bruit photonique qui sont présent avant.
- L'ADC (Analog to Digital Converter) va lui faire la conversion analogique numérique du signal amplifié. Ce convertisseur ramène aussi du bruit électronique ainsi que du bruit de quantification qui vient du fait que l'on va arrondir la valeur analogique à la valeur numérique la plus proche (la somme des deux bruit étant souvent appelé bruit de conversion). Le niveau de bruit présent avant la conversion est tel que bien souvent le bruit de conversion est négligeable. C'est ce qui fait que le 14 bits (qui ne fait que diminuer le bruit de quantification) ne sert bien souvent à rien.
A chaque étape, viennent aussi se rajouter sur les signaux analogiques des perturbations électromagnétiques venant principalement des circuits numériques qui se trouvent dans nos APN. Ces perturbations sont notamment responsables du phénomène de banding que l'on observe à haut iso (grands gains sur les PGA).

Pourquoi je vous raconte tout ça ? Pas seulement pour vous endormir
Quel est l'intérêt de monter en iso ? Uniquement de diminuer la contribution du bruit dû aux convertisseurs analogiques numérique, car toutes les autres sources de bruit sont aussi amplifié par les PGA. Or chez Sony, ils sont très fort pour faire la conversion analogique numérique, mais pas très bon sur le bruit de lecture, l'intérêt est donc limité et c'est ce que montre le test que j'ai fait avant. Chez Canon c'est différent, eux sont très fort sur le bruit le lecture, qui est extrêmement bas, mais malgré des convertisseurs 14 bits ils n'arrivent pas à faire une conversion optimale et le bruit équivalent après conversion est toujours supérieur a ce que peut faire un 12 bit en théorie.

Bon revenons à nos moutons, exposer à droite en montant en iso n'est donc pas la solution. Par contre donner plus de lumière au capteur permet de diminuer (proportionnellement au signal) le bruit photonique et le bruit de lecture. Et là, on gagne tout de suite beaucoup plus.
Un petit exemple, toujours le même sujet et le même objectif fermé à f/5.6, je prend une photo à 400iso, 1/4s et une à 200iso 1/3s.

400iso 1/4s :



200 iso 1/3s :



La première à un histogramme plus à droite que la seconde, mais uniquement grâce à la montée en iso. Si l'on pouvait regarder l'histogramme en sortie du capteur, avant le PGA, c'est l'histogramme de la seconde photo à 200iso qui serait le plus à droite car le temps de pose est plus long. Et cela se voit : La 200 iso est moins bruité, pas seulement dans les basses lumières mais aussi dans les tons moyens ou le bruit photonique va être plus faible.

Donc l'exposition à droite marche, mais en faisant entrer plus de lumière, pas en montant en iso. Chez Canon c'est beaucoup moins vrai, surtout jusqu'à 800iso, après on est a peu près dans la même situation.

[godreau]

merci, j'ai presque tout compris

[Lubna]

on est daccord que tes clichés ont été pris avec un pied,
avec des vitesses pareils, tu ne pourrais obtenir le même résutat um à main levée.
Quand je monte en iso, c'est surtout pour obtenir une vitesse plus rapide, afin d'éviter les flous de bougé

[stiller]

Ou pour fermer plus pour avoir de la profondeur de champ.

[stingray]

on est daccord que tes clichés ont été pris avec un pied,
avec des vitesses pareils, tu ne pourrais obtenir le même résutat um à main levée.
Quand je monte en iso, c'est surtout pour obtenir une vitesse plus rapide, afin d'éviter les flous de bougé

Absolument, les clichés ont été pris sur pied, plus pour des raisons de reproductibilité que de flou de bougé car 1/10s à 35mm ça passe encore limite avec la stab.
Mais la n'est pas vraiment le problème, la même chose aurai pu se faire à 1/100s avec plus de lumière.
Disons que mon boitier me dise que l'expo correcte est 1/10s à 200iso et que je veuille être au moins à 1/40s pour des raisons de bougé, il y a un mois je me serais surement mis à 1600iso avec une compensation d'expo de 0.7IL (1/50s) histoire d'exposer à droite et avec le risque de cramer des hautes lumières.
Aujourd'hui, je passe en mode M, je met 1/40s éventuellement 400iso et je remonte au développement du raw.

[Lubna]

on est daccord que tes clichés ont été pris avec un pied,
avec des vitesses pareils, tu ne pourrais obtenir le même résutat um à main levée.
Quand je monte en iso, c'est surtout pour obtenir une vitesse plus rapide, afin d'éviter les flous de bougé

Absolument, les clichés ont été pris sur pied, plus pour des raisons de reproductibilité que de flou de bougé car 1/10s à 35mm ça passe encore limite avec la stab.
Mais la n'est pas vraiment le problème, la même chose aurai pu se faire à 1/100s avec plus de lumière.
Disons que mon boitier me dise que l'expo correcte est 1/10s à 200iso et que je veuille être au moins à 1/40s pour des raisons de bougé, il y a un mois je me serais surement mis à 1600iso avec une compensation d'expo de 0.7IL (1/50s) histoire d'exposer à droite et avec le risque de cramer des hautes lumières.
Aujourd'hui, je passe en mode M, je met 1/40s éventuellement 400iso et je remonte au développement du raw.

C'est ce que je fait

[mero]

C'est même plus pervers que ça. Sinon sting, tu sais bien que tu as toujours un lecteur

Cela fait un bout de temps que si j'ai besoin de monter en iso, ou, en réalité, besoin de monter en vitesse, je me mets en mode M, car je n'ai pas les mêmes résultats que le mode P. Ou parfois je joue de la sous-ex.
En mode raw uniquement pour régler l'expo, en zieutant l'histo, et du coup, je sors des jpeg directs de l'a100 vraiment pas mal (je vous en ai fait partagé d'ailleurs).
Canon joue sur les couches de couleur, et particulièrement les rouges. Le bruit est moins visible, d'autant plus que les noirs sont "amplifiés" : on obtient ainsi des noirs très profonds qu'avec les Sony par exemple, et le bruit est visuellement bien effacé. Du coup, j'utilise parfois cette technique pour certaines de mes vues.
En contrepartie, la colorimétrie est parfois pas bonne du tout. Mais au global, on a une image qui semble plus propre, et c'est intelligent de la part de Canon, c'est ce que je pense.
En fait, j'aimerais garder les raw tels que Sony nous les donne, pour régler la colorimétrie c'est top, mais une "machine à jpeg" à la Canon.

[stiller]

C'est même plus pervers que ça. Sinon sting, tu sais bien que tu as toujours un lecteur

Cela fait un bout de temps que si j'ai besoin de monter en iso, ou, en réalité, besoin de monter en vitesse, je me mets en mode M, car je n'ai pas les mêmes résultats que le mode P. Ou parfois je joue de la sous-ex.
En mode raw uniquement pour régler l'expo, en zieutant l'histo, et du coup, je sors des jpeg directs de l'a100 vraiment pas mal (je vous en ai fait partagé d'ailleurs)...

Tu as déjà évoqué ce truc de sous-ex et il y a là quelque chose que je ne comprends pas. Sur l'A 100, en RAW, j'ai remarqué que la montée du bruit se faisait très rapidement et très fortement dans les ombres sur un cliché sous-ex quand on veut le rattraper en compensant l'exposition. Par contre, je rattrappe assez facilement et sans dommage sous camera raw des hautes lumières qui semblent cramées, avec du détail. Du coup, j'expose volontier pour les ombres, donc en sur-ex quitte à avoir de HL limite et je récupère au développement (bien sur il y a des limites et il faut trouver un compromis). Tu sembles faire le contraire avec de bons résultats: peux-tu éclairer ma lanterne ?

Sinon, j'ai remarqué que le A100 est très sensible non seulement à la quantité de lumière comme le dit Stingray, mais aussi à sa qualité.

[Lubna]

problème de dynamique

[conca]

tres bon exposé stingray ,

un ami en mark 2 prefere lui sous-isoter et meme sous exposer pour gagner une vitesse plutot que sur-iso/sur-exp

j'ai discuté avec des pro Canon mark3 et Nikon D3/D300 qui eux 'shoot to the right' en permanence

manifestement c'est un vrai sujet, et je n'ai pas la réponse
bref pour moi l'expo a droite (sur-iso/sur-exp) me va bien pour l'instant

[stingray]

C'est aussi ce que je faisais stiller, mais après avoir fait quelques tests j'ai l'impression que c'est plus psychologique qu'autre chose. Quand tu baisse l'expo au développement, tu atténue le bruit et tu te dis whaou, ça marche, mais en fait le gain n'est pas aussi visible que cela.
Conca, chez Canon il est intéressant de monter en iso jusqu'à 800-1600iso car les convertisseurs ne suivent pas le bruit de lecture extrêmement bas de leurs CMOS. Le gain n'est toutefois pas phénoménal (pour un IL d'iso d'écart) et ce n'est pas forcement intéressant de risquer de cramer des HL pour gagner des broutilles sur le bruit.
Sinon oui Mero, Canon pousse un peu son canal rouge ce qui permet de gagner un peu sur le bruit en lumière du jour, par contre en intérieur ou les lumières sont plutôt chaudes, c'est soit tu crame le canal rouge soit tu est obliger de remonter beaucoup le bleu et c'est là que le bruit apparait.

[Bug Killer]

Tu es toujours obligé de remonter beaucoup le bleu en lumière artificielle pour ramener la bdb à un équivalent lumière du jour. Les réglages Canon obligent juste à le remonter un peu plus ou à faire une bdb manuelle sur une feuille blanche.

[stiller]

C'est aussi ce que je faisais stiller, mais après avoir fait quelques tests j'ai l'impression que c'est plus psychologique qu'autre chose. Quand tu baisse l'expo au développement, tu atténue le bruit et tu te dis whaou, ça marche, mais en fait le gain n'est pas aussi visible que cela...

En fait j'expose pour les ombres à la prise de vue, un peu comme pour un néga NB, donc je réduit fortement le risque de bruit de chrominance. Au développement je joue peu sur la compensation d'exposition mais j'utilise fortement le curseur récupération (comme j'augmente mes temps d'expo par masquage sur un tirage NB) pour retrouver des détails dans mes HL cramées (plus quelques autres trucs selon les cas mais le principe est celui là). Et je pense que le résultat n'est pas que psychologique. Cela dit, quand le sujet est trop fortement contrasté la méthode a ses limites, même si j'ai parfois été surpris par ce que j'ai pu récupérer sur des HL que je croyais définitivement trouées. Sur ce point, j'ai l'impression que le CCD Sony 10MP a l'avantage sur les capteurs Canon de sa génération (et de son niveau).

[stingray]

Tu es toujours obligé de remonter beaucoup le bleu en lumière artificielle pour ramener la bdb à un équivalent lumière du jour. Les réglages Canon obligent juste à le remonter un peu plus ou à faire une bdb manuelle sur une feuille blanche.

Oui oui bien sur, quoi que faire la balance des blancs avant ne change pas grand chose, le raw est enregistré de toute façon sans prise en compte de la balance des blancs.
D'ailleurs sur les exemples que j'ai posté j'étais autour de 2700°K (lampe fluocompact) ce qui fait de mémoire des coefficients multiplicateurs de 1.5-1-4 pour les canaux RVB soit une sacrée remonté du canal bleu (3+2 = 5IL pour le 200iso)

Stiller, tu récupère autant sur les Canon que sur les CCD Sony. Ces capteurs sont de toute façon absolument linéaires donc pas d'effet de coude ou de pied a attendre en raw. Tu vois de grosses différences entre les 4 premières photos que j'ai posté ? entre le 200 et le 1600 iso, oui, un peu mais entre le 800 et le 1600 il faut vraiment chercher.

[Corinne 'tite route]

Oui oui bien sur, quoi que faire la balance des blancs avant ne change pas grand chose, le raw est enregistré de toute façon sans prise en compte de la balance des blancs.

Je m'immisce dans la conversation pour poser une question : dans un labo photo, "on" m'a dit qu'il était préférable de faire une balance des blancs, même quand on travaille en RAW parce que ça a une incidence sur le résultat final. Vrai ou faux.
Sinon, je relirai le fil à tête reposée, mais c'est très intéressant