8 bits ou 16 bits ?

[Farnsworth]

Pas très clair, tout ça.

Je l'avoue, donc je vais développer.

Donc comme cela a été dit dans ce fil la luminosité d'une image numérique est exprimée sous la forme d'une valeur allant de 0 (le noir) a 255 (le blanc) en 8 bits et de 0 a 65535 en 16 bits ce qui permet effectivement plus de nuances.
Les propos qui suivent seront bases sur une image 8bits monochrome exposée en plus (à droite) ou en moins puis retraitée informatiquement (photoshop) pour retrouver les tons initiaux. Le principe sera strictement identique pour la synthèse RVB ou chaque canal individuel.

Le bruit

En simplifiant, le bruit est une valeur aléatoire ajoutée au signal utile reçu par le capteur et cela indépendamment de celui-ci. C'est comme cela que l'on se retrouve avec des points de couleurs (bruit chromatique) ou des micro-zones plus claires (bruit de luminance) sur l'image.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Bruit_num%C3%A9rique

Effet du bruit sur l'image

Si je prends pour source d'image un gris très foncé ayant une luminance de 40 avec des conditions externes (boitier, t expo, température) qui font que le niveau de bruit max est de 15 .

A - Je sous expose d'un IL ma cible de L=40 a la prise de vue, le capteur délivre une valeur d'environ 20. Cela me fait sur les zones bruitées des valeurs de 20+15=35. Mon post traitement nécessaire pour retrouver la valeur cible de 40 du signal utile multiplie par 2 tout les points de l'image (points bruités et non bruités). On se retrouve donc a 40 sur les zones saines et a 70 sur les zones bruitées : Rapport bruit/signal (70-40)/40=0.87

B - Si je surexpose d'un IL, le capteur délivre une valeur de 80, ce qui me fait 80+15=95 sur les points bruités. Apres traitement je divise par 2 et j'ai le couple 40 et 47.5 ce qui me donne un rapport b/s de 0.18 soit nettement mieux avec des points bruités moins visibles.

Sur les zones claires le principe est exactement le même mais le rapport l'effet du bruit étant moins sensible des les départ (un bruit de 7.5 ou 30 sur une valeur de 220 cela ne fait pas une grosse différence).
Bon, les puristes vont me dire : Oui mais si tu surexpose en augmentant ton temps de pose ou les isos tu augmente le bruit …….. c'est vrai ce sera surtout valable pour les fortes valeurs et il y a un moment ou l'effet de la méthode "a droite" sera limité.

Saturation des valeurs et linéarité RGB.

Comme dit plus haut en info on travaille sur une image positive avec une échelle finie 0 noir a 255 linéaires. Mais l'appareil photo travaille en IL sur une valeur log base 2 ….. cela c'était ma théorie de départ, si je fait des essais avec un boiter c'est un peu différent avec les valeurs suivantes :

Le tableau indique la valeur de sur/sous expo en Il, la valeur RGB, et le rapport entre deux valeurs adjacentes. Les matheux me donneront la formule d'équivalence je suis devenu incapable de le retrouver. Celles-ci ont été récupérées avec un 5d3 en jpeg sRGB .

IL RGB delta (désolé les tabulations ont sautés)
-9 0 Saturation
-8 0
-7 1 2
-6 2 2.5
-5 5 2
-4 10 2
-3 21 1.9
-2 41 1.9
-1 78 1.6
0 127 Barre histogramme centrée
1 184 1.44
2 228 1.3
3 254 1.1
4 255 1.005
5 255 Saturation

Que peut on apprendre de ce tableau

- Que la dynamique disponible par le système de numérotation RGB est bien directement dépendante de sa précision en bits, ici si je prends la plage des zones noires j'ai comme valeurs RGB pour les IL en 8bits :

. -4/11, -5/5, -6/2, -7/1 , -8/0, -9/0 ….

En 16 bits il me sera possible en interpolant (multiplication par 256) d'avoir

. 0/32768 …. -4/2816 , -5/1280 , -6/512, -7/256 , -8/128, -9/64, -10/32 … 16/0

La saturation due aux arrondis arrive beaucoup plus tard et permet d'exprimer une dynamique plus grande…. Et bien sur je ne parle pas du capteur, ni de l'appareil photo, uniquement ce que permet cette numérotation (sujet du fil).

- Si le nombre de valeurs RGB utilisables au dessus et en dessous du gris moyen (0IL) sont symétriques et linéaires (+/- 127) ce n'est pas le cas des valeurs en IL (-8 / +4).

Si un décalage d'expo d'un IL fait perdre par saturation un IL de dynamique, une sous expo agit sur un panel de 8IL une sur expo sur un panel de 4IL ce qui est plus gênant.

Certes si le nombre de dégradés dans les tons moyens clairs est supérieur a celui des tons moyens foncés (127 valeurs pour 4IL d'un coté et 8 IL de l'autre) c'est aussi au détriment des très hautes lumières, ce qui est au dessus de +3IL c'est 1 ou 0, la même chose en foncé -3IL c'est 22 a 0. C'est par exemple visible sur l'image mise ne exemple plus haut, les franges de dégradés sont plus visibles dans les tons clairs .

On retrouve ici la démonstration de l'adage qu'une photo sous exposée est toujours rattrapable, une photo cramée perdue …….. Alors dire d'exposer à droite pour privilégier les hautes lumières me semble un peu incohérent.


En conclusion, on expose à droite pour éviter le bruit tout en évitant toute surexpo …… perso mon credo : Expose juste mais surtout ne sous expose pas.

[SRT100]

...
En conclusion, on expose à droite pour éviter le bruit tout en évitant toute surexpo …… perso mon credo : Expose juste mais surtout ne sous expose pas.

Ca, ça fait longtemps que je le dis sur le forum.

Le pseudo tableau montre bien que le capteur ne donne pas de valeurs utiles sur les 15 niveaux d'IL cités. Au mieux entre 13 et 14 bit, c'est connu.
Ensuite, soit le logiciel interne de l'appareil transcrit ces données et ramène tout ça sur 8 bit, soit c'est le dérawtiseur qui le fait.
Que le photographe sur- ou sous-expose d'1 IL n'a donc aucune conséquence (si le photographe dérawtise lui-même). Si le jpeg est produit par l'APN, c'est différents. Des valeurs peuvent être perdues. Au delà d'1IL, tout dépend du type d'image.

Enfin, rappelons que le bruit vient uniquement de l'amplification du signal reçu par le capteur. Testez un photo d'une page noire à 100 ISO et la même page à 6400 ISO. En principe, elle devrait rester noire. Ce qui n'est évidemment pas le cas. Le bruit apparaissant au fur et à mesure de l'amplification.

Contrairement à la pellicule qui proposait plusieurs sensibilités nominales (avec une montée du grain liée à la sensibilité), le capteur a une sensibilité nominale fixe (environ 200 ISO) qui est amplifiée vers le haut (le plus souvent) ou vers le bas. Et comme tout amplificateur non numérique (puisque tant que l'image n'est pas enregistrée elle est encore analogique), il produit un bruit.

Eh oui. On dit APN (appareil photo numérique) mais en fait, le signal d'abord analogique et converti ensuite en numérique.