Traitement du bruit numérique

Principes généraux concernant le bruit

 

Essai de trois logiciels

 

  J'ai réalisé un traitement de bruit d'une image RAW de D800E avec 3 logiciels bien connus: NX2, Camera RAW (PhotoShop et Lighroom), et DxO 9 (Prime). DxO a introduit dans cette nouvelle version (9) un traitement de bruit comportant deux options, le mode normal, et le mode Prime qui est plus qualitatif mais plus long en temps de calcul).

 

1/ sensibilité moyenne

 

  L'idée dans ce premier test est de comparer les résultats des 3 logiciels à une sensibilité couramment utilisée en plein jour et ceci dans le but d'obtenir une image aussi proche que possible de la qualité d'une prise de vue à 100 iso.

  Dans cette première partie j'ai utilisé une image qui a été exposée à 400 iso mais malheureusement un peu sous exposée ce qui corespond à un bruit de près de 800 iso une fois la sous exposition corrigée.

 

  Voici un détail de l'image montrant les zones que j'ai sélectionnées pour comparaison:

  Une zone uniforme de valeur moyenne

  Une zone de fins dégradés de tons

  Une zone détaillée sur fond uni

  Une zone de tons sombres

 

  Avec chaque logiciel j'ai réalisé avec soin le meilleur rapport possible entre conservation des détails/bruit résiduel/qualité perçue.

 

Fond uni

 

  Chaque carré est un extrait de l'image affichée à 100%

 

 

  NX2: il reste une part visible du bruit dans les à plats, on pourrait l'atténuer encore mais au détriment des détails de l'image.

 Camera Raw: Le bruit dans les à plats est preque complètement éliminé, restent des traces.

  DxO 9 Prime: Plus de bruit visible

Remarque: la zone rougeatre dans le bas, est bien présente dans l'image ce n'est pas un défaut.

 

Dégradés de tons

 

 

 

  NX2: Toujours un résidu de bruit et une zone de transition de contours moins propre.

  Camera Raw: Très bon rendu et très faible bruit résiduel. Légers artéfacts de dégradés dans la partie orange.

  DxO 9 Prime: Pas de bruit visible et meilleure conservation de la finesse (richesse) des dégradés de tons dans le gris.

 

Détails

 

 

  NX2: Au prix d'un résiduel de bruit plus important dans le fond uni, il conserve quasiment tous les fins détails (voir petits points noirs à droite du corps du poisson pratiquement identiques à l'original non débruité)

  Camera RAW: Comme précédemment plus du tout de bruit dans le fond. Les fins détails sont un peu "mangés" (petits points noirs à droite du corps du poisson).

Vous pourrez noter aussi la présence de très légers artéfacts dans l'image, lignes à gauche et à droite du corps du poisson.

  DxO 9 Prime: Bruit nul et et les détails (petits points noirs à droite du corps du poison meilleurs que dans l'image non débruitée. Le top!

 

Zones de tons sombres

 

 

 

 

  NX2: Perte de contraste mais bonne netteté des fins détails (petites plumes sur fond noir)

  Camera RAW: Contraste original un peu mieux conservé mais un peu moins nets dans les très fins détails sur fond noir.

  DxO 9 Prime: Conservation du contraste original et netteté au top.

 

Conclusion pour cette sensibilité:

 

  Les trois logiciels s'en tirent très bien mais le réglage sera un peu plus laborieux avec NX2 (sauf si l'on crée des sets pour chaque sensibilité). Mais DxO 9 fait un sans faute avec sa nouvelle fonction "Prime" de débruitage, ceci au prix d'un temps de traitement très long lors de l'enregistrement de l'image (compter 5 à 8 minutes pour une image de D800 et avec une informatique puissante). On utilisera donc surtout cette option pour les images déstinées à un tirage de grand format.

 

  Remarque: Pour relativiser les choses quant au bruit résiduel, en cas de tirage papier il faut tenir compte du fait que le papier "absorbe" une partie des plus fins détails de l'image. Un léger bruit résiduel visible à 100% à l'écran ne le sera plus du tout sur le tirage papier!.

 

2/ Haute sensibiité

 

  En cas de prise de vues en haute sensibilité et lumière de très faible intensité on est la plupart du temps en lumière artificielle c'est à dire un éclairage présentant un spectre lumineux très pauvre en bleu (lampes à incadescence, fluos, lampes à économie d'énergie etc.). Ceci va rendre plus difficile la reconstruction couleur (balance des blancs).

  En effet, pour corriger cette balance l'appareil ou le logiciel vont être obligés d'amplifier énormément la couche bleue de l'image qui a été bien moins favorisée que les autres par ce type d'éclairage, ce qui aura pour effet d'augmenter considérablement le bruit visible. C'est pour celà qu'il est indispensable pour avoir une bonne apréciation du rendu réel d'un appareil+logiciel dans ces conditions d'utiliser un éclairage artificiel de faible intensité.

 

  Lors du traitement des images en haute sensibilité on a souvent à faire des choix entre un bruit résiduel visible, ou moins visible mais avec une perte de détails dans l'image. Les concepteurs des logiciels anti bruit doivent trouver des algorithmes capables de distinguer le bruit des fins détails afin d'augmenter leur efficacité. Ils sont arrivés maintenant à un niveau de qualité étonnant, bien aidés, il faut le dire, par les performances des capteurs et leur électronique de traitement.

 

  Les images suivantes ont été prises à une ambiance de IL 4, soit 1 seconde à f/4 à 100 iso, ou 1/60e de seconde à 6400 iso. L'éclairage était procuré par un plafonnier constitué de lampes halogènes sous alimentées (donnant donc une lumière assez chaude) On est donc bien dans des conditions réalistes pour ce genre d'usage. La balance couleur a été équilibrée dans les logiciels utilisés.

 

Le cadrage et les zones de l'image présentées

 

  Voici donc les résultats de nos trois logiciels. J'ai rassemblé un morceau de chaque image afin de pouvoir facilement comparer les resultats. Ici un crop de l'image de la page de magazine utilisée (encadré vert).

 

  L'image de référence est prise à 100 iso, elle contient les plus fins détails et les tons les plus subtils de la scène. On voit de suite que les résultats sont très bons pour des images de D800 visualisées à 100% et prise à 6400 iso en basse lumière! Il y a fort peu de dégradation pour une sensibilité aussi élevée.

  Néanmoins on pourra remarquer immédiatement une forte différence dans l'image traitée dans Camera RAW (photoshop ou Lightroom): elle contient nettement plus de bruit. Ce bruit est tellement régulier qu'il en semble même artificiel. Il aurait été possible de pousser la réduction de ce bruit dans le logiciel, mais alors la perte de détails de l'image aurait été considérable par rapport aux autres.

  La réduction de bruit semble avoir agi sans distinction sur le bruit et les détails et au final à part les éléments bien contrastés de l'image (X3) tout à été lissé (alors qu'il y a plus de bruit!) on ne voit plus, ou très peu, les fines variations de tons dans les zones faiblement contrastées qui sont recouvertes par une sorte de brume de bruit uniforme. Les autres logiciels ont su davantage protéger les petites variations de tons existantes dans ces zones et ainsi garder l'image plus conforme à la réalité que l'on voit dans l'image à 100 iso.

 

  D'autre part Camera RAW a aussi mal traduit le bleu, on le devine déja dans les images ci-dessus mais ce sera plus visible avec la tête du cheval ci-dessous par exemple qui est trop cyan (bleu/vert). C'est gênant car les ciels pourront tendre aussi vers cette teinte même en bas iso...

 

 

 

Une remarque importante

 

  Bien souvent on lit, ici ou là, des intervenants qui jugent que telle image dans tel logiciel est "trop lissée" en référence à une autre laissant plus de bruit (sous entendu que cette dernière conserverait aussi plus de détail). Le bruit résiduel n'est pas forcément signe de plus de détails mais très souvent un trompe l'œil, le bruit étant alors pris pour du détail. Il suffit de comparer les images à 100 iso et les images Dxo et Camera Raw ci-dessus pour voir que "l'impression de détails" n'est réellement qu'une impression, car il y a à la fois plus de fines différences de tons et moins de bruit dans l'image DxO que dans celle de Camera Raw.

  Il est d'ailleurs facile de démontrer que l'ajout de bruit peut donner "l'impression" d'une densité de détails (ou de netteté) supérieure. Donc oui une réduction de bruit peut lisser les détails les plus fins mais il ne faut pas se laisser leurrer par principe par une image plus bruitée il faut juger sur les vrais détails encore apparents.

 

 

  Ci-dessous dans les tons sombres:

En haute sensibilité NX2 s'en sort assez bien. On peut noter toutefois la perte de dynamique se traduisant par un assombrissement des tons foncés,ainsi qu'une perte importante en résolution et couleur plus marquée avec NX2. Il serait possible de corriger cela par un traitement ciblé mais partiellement seulement.

Camera Raw est très légèrement meilleur, DxO Prime est vraiment meilleur dans les dans les tons très sombres, il traduit les plages quasiment sans bruit même à 6400 iso et les couleurs ne sont pas modifiées.

 

 

 

Conclusions pour la sensibilité de 6400 iso

 

  Avec DxO PRIME les utilisateurs de ce logiciel tiennent l'arme absolue actuelle en terme d'efficacité. Très bonne conservation des détails de l'image jusque dans les tons sombres. Sa contrepartie est son temps de calcul extrêmement long (de 5 à 10 minutes selon performance de l'informatique) mais c'est envisageable pour des images spécifiques destinées à de forts agrandissements par exemple. Son deuxième avantage c'est que les images sont prêtes à être utilisées dès la sortie du logiciel, couleur contraste netteté, géométrie de l'optique corrigée.

Mise à jour: Depuis la dernière version de DxO 10, les temps de traitement avec Prime ont été divisés par 3 ou 4. Une image de D810 est maintenant traitée en 1'30".

 

  NX2 avec sa version 2013 du traitement de bruit permet de fournir un résultat très proche de DxO PRIME tout en étant bien plus rapide. En revanche il est moins performant dans les très basses lumières un traitement local supplementaire sera nécessaire.

 

  Camera RAW (dématriçeur commun à Photoshop et Lightroom) fera du très bon travail jusqu'à 800/1600 iso, au delà l'apparition trop flagrante de son voile de bruit fin qui masque les détails de l'image trompera plus difficilement le photographe attentif sur ce qui semble être un artifice. Traitement spécifique nécessaire pour les basses lumières. Mais les résultats sont encore très bons à 6400 iso.

 

Facilité d'usage

 

  DxO PRIME est royal, on peut le laisser en tout auto sans souci, la seule intervention qui peut être utile est d'ajouter éventuellement un peu d'accentuation de netteté selon les gouts et de diminuer éventuellement l'amplitude de la réduction de bruit si on préfère un peu plus de (fausse) matière (bruit) dans l'image.

  En revanche les deux autres logiciels réclament un temps certain de prise en main des nombreux réglages permettant d'aboutir au meilleur résultat. Une fois ce bon résultat atteint pour chaque sensibilité, il conviendra de le mettre en mémoire afin de simplifier les traitements suivants. À la condition de procéder ainsi leur usage deviendra alors aussi simple que DxO PRIME, mais pas aussi efficace.

 

  Ma conclusion finale de cet essai est que la sensibilité de 6400 iso avec un D800 est parfaitement utilisable aujourd'hui à une condition impérative:

 

L'exposition doit être parfaite!

 

  C'est le cas de images ci-dessus*, elles sont exposée exactement à leur sensibilité affichée, ce qui est facile en conditions de type studio, beaucoup moins dans la vraie vie photographique...

* Edit: pas tout à fait en réalité je me suis aperçu que mes images étaient légèrement sous exposées (-0,3IL environ).

 

  À la moindre sous exposition on expose en fait à une sensibilité supérieure sans s'en apercevoir car il faudra corriger en post traitement, ce qui dégradera alors forcément fortement le résultat final.

  Et comme lorsque l'on est en conditions de lumières faibles (et donc de vitesses basses) il est assez facile de se retrouver en sous exposition de 1 IL ou plus... et donc d'exposer en fait à 12800 iso au lieu de 6400 par exemple. Dans ce cas la dégradation sera très importante car à 12800 on entre dans un mode qui n'est plus pris en compte par les traitements du signal analogique fourni par le capteur mais uniquement après numérisation c'est à dire un signal bien moins "riche".

 

  Mise à jour:

 

  Au vu des résultats de NX2 en 25600 iso j'avais renoncé à continuer les test dans ces sensibilités extêmes, mais finalement je me suis aperçu que l'on pouvait arriver à des résultats satisfaisants (avec ACR, et surtout DxO Prime).

Donc je vous livre ces tests dans la page suivante

 

 

 
Tests à 12800 et 25600 iso