Le bruit dans l'image numérique

Définition

 

  Le bruit (ou grain) dans une image est un signal parasite produit par les composants même de l'appareil (capteur, électronique) qui vient se superposer au signal utile. Il apparaît comme une structure granuleuse plus ou moins fine et/ou un moutonnement coloré. Les fabricants s'efforcent de le minimiser mais il est impossible de l'éliminer complètement car c'est une composante même de la matière.

 

  Imaginons que nous branchions un appareil, platine tourne disque par exemple, délivrant un signal trop faible à notre chaîne HIFI. Le niveau sonore étant trop faible en sortie, la première tentation sera de tourner le bouton de volume. Le son va bien augmenter mais malheureusement va apparaître en même temps un signal parasite (souffle) dans les hauts parleurs. Ce souffle c'est un signal parasite produit par les composants même de l'amplificateur. Il a été rendu audible par l'amplification exagérée que nous avons été obligé d'appliquer dans ce cas. On dit que le rapport signal/bruit s'est dégradé.

 

  C'est le même principe dans un appareil numérique lorsqu'on "augmente sa sensibilité", en fait, on amplifie le signal utile trop faible délivré par le capteur, mais on amplifie aussi le bruit produit par le capteur et les composants électroniques de l'amplificateur. Souffle ou bruit c'est le même type de phénomène mais appliqué au son ou à l'image.

 

 

  Une première mesure que l'on peut déduire de ces constatation est qu'il est important d'exposer correctement les images pour que le capteur reçoive toujours la quantité optimale de lumière pour conserver ce rapport signal utile/bruit le meilleur possible.

  Le bruit propre d'un capteur étant constant, une image sous exposée comporte donc une proportion de signal utile plus faible, le bruit apparaîtra lorsque l'on corrigera sa luminosité (amplification) lors du tirage.

Ne pas oublier qu'une image prise à 1600 iso mais sous exposée de 1IL par exemple aura le bruit d'une image exposée à 3200iso une fois la sous exposition corrigée en post traitement.

 

Traitement du bruit

 

  Les appareils comportent des systèmes de traitement du bruit permettant de réduire son impact dans l'image. Mais ces traitements ont aussi, malheureusement, un effet négatif. Comme ils procèdent par atténuation des très fins détails (la taille des grains de bruit), mais ne pouvant différencier le bruit d'un détail très fin de l'image, il y a toujours perte dans la résolution des très fins détails. Mais avec les progrès enregistrés à chaque nouvelle génération d'appareils ces problèmes sont de mieux en mieux maîtrisés.

  De manière générale il faut choisir un niveau d'action assez modéré de ces traitements. Un peu de bruit sera moins pénalisant qu'une perte de détails dans l'image mais c'est toujours une affaire de compromis et de choix personnel.

 

Attention:

  Comme pour l'accentuation, l'atténuation/visibilité du bruit doit être jugée en tenant compte de la taille du tirage envisagée. Pour cela il convient de visualiser l'image, par exemple, à 50% pour un tirage A3+ ( 30/45cm), 25% pour un A4...dans le cas d'un fichier 12Mpixels, et forcément plus petit dans le cas d'un 24 ou 36Mpix.

 

Quelques éléments supplémentaires

 

  La visibilité plus ou moins grande du bruit est liée à la performance de l'objectif et à celle du photographe. En effet si l'image fournie par l'objectif n'est pas parfaitement nette, celle du bruit fournie par le capteur sera elle toujours nette! Dès lors le bruit apparaîtra proportionnellement plus visible. Même chose si l'image n'est pas parfaitement nette par bougé du photographe ou du sujet. De plus l'image n'étant pas très nette on peut être tenté de l'améliorer en appliquant un traitement d'accentuation qui améliorera un peu l'image du sujet mais accentuera d'autant la visibilité du bruit... cercle vicieux!

  Il sera donc d'autant plus important d'obtenir la meilleure netteté possible de l'image dès la prise de vue lors de l'utilisation d'une sensibilité élevée.

 

Le résultat en bruit dépend bien sûr de la performance du boitier en haute sensibilité et de la qualité à pleine ouverture de l'objectif utilisé, mais:

- Le système VR bien utilisé

- Le choix d'un instant de faible mouvement du sujet pour effectuer la prise de vue,

- Une mesure d'exposition parfaite, et une maitrise de la sensibilité,

Tout cela peut améliorer grandement le résultat, à équipement égal.

 

  Mais il est capital de comprendre que la meilleure performance en bruit sera obtenue en exposant au mieux les images. Il est très facile de sous exposer des images prises en haute sensibilité. Dans ce cas la sensibilité réelle utilisée sera plus haute que celle affichée car l'image sous exposée devra être corrigée en post traitement ce qui aboutira à une montée du bruit plus importante que celle que l'on aurait obtenue en affichant directement une sensibilité supérieure à la prise de vue.

 

Deux points importants à mémoriser:

 

- Le bruit sera d'autant plus fort que la lumière sera déséquilibrée (lumière artificielle en général).

- Plus le sujet principal est petit dans l'image plus le bruit sera pénalisant car on devra certainement recadrer l'image ce qui augmentera la visibilité du bruit au niveau du sujet. À sensibilité et conditions de prise de vue égales le meilleur résultat en bruit sera toujours obtenu avec un sujet principal le plus grand possible dans l'image.

C'est peut être une évidence mais toujours bon à rappeler.

 

Ceci amène a des interrogations sur la stratégie à adopter en photo type animalier pas exemple où il faut à la fois une focale longue et la luminosité la meilleure possible:

 

1/Utiliser un 24-36 et une longue focale lumineuse (500mm f/4). C'est une excellente solution mais très coûteuse et lourde. Ou un 300mm f2,8 +multiplicateur 1,4 c'est aussi une très bonne solution un peu moins onéreuse mais encore assez lourde.

2/Utiliser un boitier aps-c et une focale beaucoup moins longue mais lumineuse (300mm f/4 soit équivalent 420mm en aps-c). C'est moins cher, beaucoup plus léger, et efficace.

3/ Utiliser un 24-36 avec un zoom de type 150-600 6,3 ou 200-500 5,6. C'est une solution moins onéreuse, un peu moins qualitative (mais de peu) que les précédentes et tout de même assez lourde. Mais le diaphragme suplémentaire amènera, à conditions égales, à l'utilisation d'une sensibilité plus élevée.

L'utilisation d'un boitier aps-c avec ces objectifs est aussi envisageable avec une perte de qualité raisonnable si on évite la focale maxi de ces zooms.(400mm avec les 150-600 et 400mm avec le 200-500).

 

 

 

Comparaison de trois logiciels de traitement du bruit.

 

Ajouter du bruit dans l'image

 

 

Comme nous venons de le voir la présence de bruit en haute sensibilité peut être pénalisante pour la qualité finale de l'image, mais, paradoxalement, il peut être intéressant d'ajouter du bruit dans certaines images et dans certains cas. L'idée est, bien sûr, de se rapprocher du rendu des images argentiques en ajoutant du bruit de luminance uniquement (le bruit couleur étant perçu comme plus gênant, et même curieusement plus artificiel alors que les deux le sont tout autant!). Cette différence est sans doute liée à notre longue habitude (pour les moins jeunes au moins) de ce paramètre dans les images noir et blanc en argentique et haute sensibilité.

 

 
Ajout de bruit dans l'image