Le bruit dans les images dépend-il des «mégapixels» ou «ISO»?

Réponses:

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Le bruit provient d'un certain nombre de facteurs, voir:

Qu'est-ce que le bruit sur une photo numérique?

Augmenter le nombre de mégapixels en gardant tout le reste constant (taille du capteur, technologie, etc.) augmentera le bruit par pixel, mais aura également pour effet de rendre le bruit plus fin, ce qui est moins gênant.

L'ISO n'augmente pas en soi le bruit, uniquement si vous combinez l'augmentation de l'ISO avec la diminution du temps d'obturation / de l'ouverture de fermeture.

Cela vaut [probablement] la peine de le répéter ici ...

Augmenter l'ISO tout en maintenant constante la vitesse d'obturation / l'ouverture n'augmente pas le bruit :

Voici un exemple, car la prise de vue ISO 100 était sous-exposée, l'augmentation de l'ISO à 1600 a donné un résultat beaucoup moins bruyant!

Matt Grum
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Je ne sais pas pourquoi ce sujet ISO donne toujours lieu à un débat aussi passionné.
rfusca
@fusca: parce que les gens confondent le niveau de bruit avec le rapport signal / bruit, et parce que vous n'avez pas besoin d'un diplôme en génie optique pour être un bon photographe :)
Colin K
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Parce que c'est contre-intuitif, et parce que les images bruyantes ont tendance à être prises avec un ISO élevé, par association, ils attribuent cela à un ISO élevé. Donc, quand vous venez et que vous dites "l'augmentation de l'ISO améliore réellement le rapport signal / bruit (toutes choses étant égales par ailleurs)", les gens refusent de l'accepter, même lorsque vous fournissez les résultats d'une expérience simple qui le prouve.
Matt Grum
@MattGrum Il me manque quelque chose ici, comment avez-vous pris la première photo avec la même ouverture et vitesse d'obturation que dans la seconde mais avec une ISO plus élevée et la première photo n'est pas plus lumineuse que la seconde?
K ''
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@Akram J'ai appliqué des niveaux automatiques aux deux images pour normaliser la luminosité, car je voulais comparer le rapport signal / bruit (qui est beaucoup plus important que le niveau de bruit absolu).
Matt Grum
3

En ce qui concerne l' ISO , il est faux de dire que l'augmentation de l'ISO augmente le bruit. Ça ne fait rien de la sorte. La raison pour laquelle un ISO élevé produit des images bruyantes est entièrement due au fait que pour un ISO plus élevé, vous devez réduire la quantité de lumière (signal) frappant le capteur, augmentant finalement le rapport de bruit avant même que l'amplification ISO n'ait lieu.

Nick Bedford
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La réponse courte est les deux, mais elle nécessite quelques explications.

Mégapixels. Oui, mais seulement si nous parlons de 12MP vs 24MP pour une taille de capteur donnée . Le problème n'est pas le nombre absolu de mégapixels en soi, mais la taille de chaque pixel individuel. Les seaux sous la pluie sont l'analogie couramment utilisée. Essentiellement, si vous avez deux seaux sous la pluie, le plus grand avec deux fois la superficie de l'autre, le plus grand collectera deux fois plus d'eau (ou photons).

Il s'agit du rapport signal / bruit.

Le photon frappe la photodiode -> la photodiode émet des électrons -> les électrons sont stockés dans une cellule -> la charge analogique convertie en signal numérique par l'unité analogique-numérique (ADU). En gros, de toute façon.

entrez la description de l'image ici

Le niveau d'amplification qui a lieu au stade ADU est déterminé par le niveau ISO. Le problème est que le long du chemin, le bruit se produit. Par bruit, nous entendons un signal indésirable - le niveau de charge stocké dans le puits ne reflète pas à 100% la lecture de la lumière dans un monde parfait. Il y a plusieurs raisons à cela (dont certaines sont naturelles et ne peuvent être évitées - détails [ici] [2]). À des niveaux ISO plus élevés, le signal doit être amplifié encore plus, ce qui augmente l'impact de ce bruit indésirable en pourcentage du signal total.

Les chiffres suivants sont arbitraires, mais disons qu'à 100 ISO, vous aviez 4 unités de bruit sur un signal de 12,5 unités collectées et qu'à 400 ISO, vous aviez 4 unités sur 10 unités collectées. Remarque...

  • les niveaux de bruit avant amplification sont indépendants de l'ISO sélectionné).
  • à 400 ISO 1/4 autant de lumière est collectée (400 ISO est deux arrêts au-dessus de 100 ISO). Doublez l'ISO, la moitié de la quantité de lumière collectée.

Le processus d'amplification doit porter le signal à 100.

  • ISO 100 (x2): 8/100 = 8% de bruit.
  • ISO 400 (x8): 32/100 = 32% de bruit.

Une augmentation de l'ISO entraîne donc plus de bruit. Si nos pixels individuels avaient été deux fois plus grands de sorte qu'aucune amplification n'était nécessaire (encore une fois, c'est juste pour expliquer le concept), alors ce qui suit aurait été vrai.

  • 100 ISO: 4 unités de bruit pour 100 unités de signal total (4%)
  • 400 ISO: 4 unités de bruit pour 25 unités de signal total (16%)

... et le bruit aurait été réduit.

Gecko Boy
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Ces deux facteurs peuvent avoir un impact sur le bruit. Des deux, l'effet de l'ISO est le plus immédiatement visible. Tous les appareils photo numériques présentent un bruit d'image qui augmente à mesure que la sensibilité ISO augmente. Selon l'appareil photo, vous pouvez voir peu ou pas de bruit à 100 ISO, par exemple, et proportionnellement plus à mesure que vous approchez du paramètre ISO maximal pour votre appareil photo (généralement 1600 à 6400 ou plus). Il existe de nombreux exemples de cela pour à peu près tous les appareils photo du marché (les avis pour chaque appareil photo spécifique en montrent souvent des exemples).

La taille de l'image (mégapixels) n'a pas d' impact direct sur le bruit, mais elle a un impact indirect sur le bruit lorsque vous considérez deux capteurs de la même taille. Dans ce cas, toutes choses étant égales par ailleurs, le capteur plus grand mégapixel affichera plus de bruit comme effet secondaire d'essayer de "presser" plus de pixels sur un capteur de taille similaire. Bien que cela puisse être montré dans certains cas au sein d'une ligne de caméra, ce facteur peut être difficile à cerner car les caméras ont également souvent un capteur ou une technologie de traitement amélioré qui gère le bruit plus efficacement.

Il y a déjà d'excellentes réponses sur ce site concernant des aspects spécifiques du bruit. Si vous recherchez «bruit», vous trouverez toutes sortes de bonnes lectures .

D. Lambert
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Tous les appareils photo numériques présentent un bruit d'image qui augmente à mesure que l'ISO augmente, ce n'est pas vrai. En fait, la seule façon d'augmenter le bruit est de réduire la quantité de lumière entrant. Augmentez l'ISO tout en conservant la même vitesse d'obturation et la même ouverture provoquera une diminution du bruit (ou des hautes lumières à écrêter).
Matt Grum
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@Colin: Augmenter la sensibilité ISO augmente le bruit, si l'ouverture et / ou la vitesse d'obturation sont ajustées pour réduire la quantité de lumière pénétrant le capteur , comme c'est généralement le cas dans les modes d'exposition automatique. Pour certaines personnes, cette hypothèse est si naturelle qu'elle est trop évidente pour être énoncée. Pour d'autres, l'hypothèse est si odieuse qu'elles éclatent en ruches.
coneslayer
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@Matt Grum: Mais qu'avez-vous dû faire pour prendre ces photos? Avec les mêmes paramètres d'obturation et d'ouverture, vous devez avoir utilisé beaucoup de ND sur la prise de vue ISO élevée, ou avoir beaucoup augmenté la luminosité de l'image en post-traitement pour l'image ISO faible (ou une autre manipulation du niveau de lumière). Cela signifie que votre SNR sur le capteur était en fait bien pire dans la prise de vue à faible ISO. Cela a changé le SNR réel au niveau du capteur, donc tout ce que vous faites après pour rendre les images comparables va amplifier beaucoup de bruit dans l'image du gradateur.
Colin K
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@Colin désolé, je n'ai pas lu un peu le SNR, oui vous obtenez un niveau de bruit absolu plus élevé lorsque vous augmentez l'ISO mais vous obtenez un meilleur rapport signal / bruit. Quand je parle de bruit, je veux dire le rapport signal / bruit, car c'est ce qui détermine la quantité de bruit que vous voyez dans une image. Pour répondre à votre question, la prise de vue ISO100 était sous-exposée. En augmentant l'exposition numériquement, j'ai amplifié à la fois le bruit de l'image et le bruit de lecture, ce qui donne un SNR pire que l'image amplifiée analogique à ISO élevé.
Matt Grum
3
@Matt: Ensuite, c'est l'exposition appropriée qui vous a donné un meilleur SNR. L'application d'un gain à un signal (analogique ou numérique) n'a, au mieux, aucun impact sur le SNR et, en pratique, réduit quelque peu le SNR. Un ISO plus élevé ne vous donne un meilleur SNR que lorsqu'il vous permet d'obtenir une meilleure exposition. Votre démo était imparfaite dans le sens où la prise de vue 100 ISO n'était pas correctement exposée. Si vous répétez le test, mais utilisez des filtres ND ou un changement d'éclairage pour exposer correctement la photo à faible ISO, il aura un SNR égal ou meilleur que la photo à ISO élevé.
Colin K
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La principale cause de bruit dans une image est due au bruit de tir des photons car il ne collecte pas suffisamment de lumière ... Ce bruit est dû au caractère aléatoire de la lumière / des photons. Lorsque très peu de lumière est collectée, il est plus probable que les capteurs (pixels) reçoivent une lumière inadéquate, voire nulle. Considérez cela comme étant exposé à la pluie ... une courte exposition à une douche légère et vous ne serez pas entièrement trempé / couvert.

ISO vous permet simplement de collecter moins de lumière (ouverture plus petite / SS plus rapide).

Plus de MP (sensels / zone) divisent simplement la lumière qui est collectée plus loin (plus affectée par le caractère aléatoire). Mais si les tailles de capteur sont les mêmes et que les images sont affichées à la même taille physique, alors les images auront la même lumière par zone et donc les mêmes caractéristiques de bruit, quel que soit le nombre de MP.

Steven Kersting
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Déjà de belles réponses. Mes 2 cents. J'essaie de faire une liste complète.

Les facteurs qui affectent l'ISO sont:

  1. La quantité de lumière frappant le capteur. Moins de lumière plus de bruit. Vous pouvez dans une certaine mesure le contrôler en manipulant votre ouverture et la vitesse d'obturation, ou en ajoutant plus de lumière à la scène.

  2. La qualité du capteur. Parle de lui-même.

  3. La zone du capteur. Le plus grand est le moins de bruit.

  4. La température de fonctionnement du capteur. Plus il fait froid, moins il a de bruit.

  5. La zone par sensel (pixel) ici les mégapixels ont un peu d'impact, mais cette variable est compensée par la zone du capteur. Si deux capteurs sont de la même taille, mais un nombre de mégapixels différent, le mégapixel inférieur aura moins de bruit, mais un résultat similaire pourrait être obtenu en rééchantillonnant le plus grand nombre de mégapixels par le plus bas.

  6. Le grossissement du signal. Voir point 7.

  7. Le calcul effectué par la caméra pour le compenser. C'est là que l'ISO entre en jeu, l'algorithme utilisé pour augmenter l'ISO est calculé pour les caractéristiques spécifiques du capteur. Voici l'un des avantages de l'utilisation de processeurs plus modernes, en plus de capteurs plus modernes. Un autre calcul peut être fait est la moyenne d'un plan à longue exposition.

  8. La quantité de manipulation que l'utilisateur effectue sur le fichier, en se référant à l'amplification de l'ombre qui est effectuée en utilisant par exemple des courbes.

  9. Le post-traitement effectué sur un fichier, faisant référence à un algorithme de réduction du bruit.

  10. Une autre technique de réduction du bruit comme la combinaison de différents plans. Ceci est similaire à la quantité de lumière frappant le capteur (point 1) mais fait artificiellement.

  11. Tout rééchantillonnage est effectué dans le fichier. Le rééchantillonnage d'un fichier avec du bruit en utilisant un algorithme de moyenne comme bicubique le lissera. Voir point 5.

Chaque

Rafael
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Réponse: ISO

Exemples:

  • ISO 80 (faible iso) -> image sans bruit

  • ISO 6400 (iso élevé) -> image avec beaucoup de bruit

Si vous augmentez le niveau ISO, vous augmenterez le bruit de la photo.

Ionut Ciucanu
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Exemple de compteur: ISO 100 (faible iso) -> image avec beaucoup de bruit, ISO 6400 (haute iso) -> image avec peu de bruit. Preuve: mattgrum.com/ISOcomparison/ISO_100_vs_ISO_1600.jpg
Matt Grum
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@Matt: Vous avez certainement raison, mais je pense que la façon dont la plupart des photographes pensent des choses est que lorsque vous augmentez l'ISO, vous la compensez avec une vitesse d'obturation plus rapide ou une ouverture plus petite, pour produire (à peu près) la même photo. (Dans la plupart des modes d'exposition automatique, cette façon de penser correspond à la mécanique de la prise de vue.) Je pense que nous ferions mieux d'encourager les gens à énoncer cette hypothèse dans leur écriture, plutôt que de simplement dire qu'ils ont tort.
coneslayer
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Ok donc chaque image ISO haute et bruyante serait encore plus bruyante si elle était prise avec une ISO plus basse. De même, chaque ISO élevé bruyant serait moins bruyant s'il était photographié avec une exposition plus longue. Je ne comprends donc pas pourquoi les gens l'appellent «bruit ISO élevé» et non «bruit lumineux insuffisant». L'ISO ne crée pas de bruit, ce qui est exactement ce que des déclarations comme «tous les appareils photo numériques présentent un bruit d'image qui augmente à mesure que l'ISO augmente». Si vous dites à la place "tous les appareils photo numériques présentent un bruit qui augmente à mesure que la lumière entrante diminue", vous auriez raison sans avoir à formuler d'hypothèses!
Matt Grum
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"Ok, donc chaque image ISO haute et bruyante serait encore plus bruyante si elle était prise avec une ISO plus faible." Ce n'est que dans l' hypothèse non déclarée que la vitesse d'obturation et l'ouverture restent fixes. Ce qui n'est pas nécessairement la façon dont la plupart des photographes pensent réellement des choses.
coneslayer