Bruit d'image numérique - Partie 1

Le « bruit d'image » est l'équivalent numérique du grain de film pour les appareils argentiques. On peut aussi le comparer au léger souffle de fond qu'on entend de son système audio à volume maximum. Pour les images numériques, ce bruit apparaît sous forme de taches aléatoires sur une surface par ailleurs lisse et peut dégrader significativement la qualité d'image. Bien que le nuise souvent nuise à l'image, il est parfois souhaitable car il peut donner un aspect ancien, granuleux, rappelant les premiers films. Un peu de bruit peut aussi augmenter la netteté apparente. Le bruit augmente avec la sensibilité (ISO), la durée d'exposition, la température, et varie selon les modèles d'appareils.

CONCEPT : RAPPORT SIGNAL/BRUIT

Un certain degré de bruit est toujours présent dans tout dispositif électronique qui transmet ou reçoit un « signal ». Pour les téléviseurs, ce signal est les données de diffusion transmises par câble ou reçues à l'antenne ; pour les appareils photo numériques, le signal est la lumière qui frappe le capteur. Même si le bruit est inévitable, il peut devenir si faible par rapport au signal qu'il semble inexistant. Le rapport signal/bruit (SNR) est une façon utile et universelle de comparer les quantités relatives de signal et de bruit pour tout système électronique ; les ratios élevés auront très peu de bruit visible, l'inverse pour les ratios faibles. La séquence d'images ci-dessous montre un appareil produisant une image très bruitée du mot « signal » sur fond lisse. L'image résultante est montrée avec une représentation 3-D agrandie dépeignant le signal au-dessus du bruit de fond.

L'image ci-dessus a un SNR suffisamment élevé pour séparer clairement l'information d'image du bruit de fond. Un faible SNR produirait une image où le « signal » et le bruit sont plus comparables et donc plus difficiles à distinguer.

TERMINOLOGIE : VITESSE ISO

Le « réglage ISO » ou « vitesse ISO » d'un appareil est un standard décrivant sa sensibilité absolue à la lumière. Les réglages ISO sont généralement listés comme facteurs de 2, tels que ISO 50, ISO 100, ISO 200, et peuvent avoir une large plage de valeurs. Les nombres plus élevés représentent une plus grande sensibilité et le ratio de deux nombres ISO représente leur sensibilité relative, signifiant qu'une photo à ISO 200 prendra la moitié du temps pour atteindre le même niveau d'exposition qu'une à ISO 100 (tous autres réglages égaux). La vitesse ISO est analogue à la vitesse ASA pour les films, mais un seul appareil numérique peut capturer à plusieurs vitesses ISO. Cela est accompli en amplifiant le signal image dans l'appareil, mais cela amplifie aussi le bruit, donc des ISO plus élevés produiront progressivement plus de bruit.

TYPES DE BRUIT

Les appareils numériques produisent trois types courants de bruit : bruit aléatoire, bruit « à motif fixe » (fixed pattern), et bruit de bande (banding). Les trois exemples qualitatifs ci-dessous montrent des cas prononcés et isolants pour chaque type sur un fond gris normalement lisse.

Bruit à motif fixe
Pose longue
ISO bas Bruit aléatoire
Pose courte
ISO élevé Bruit de bande
Appareil sensible
Ombres éclaircies

Bruit aléatoire se caractérise par des fluctuations d'intensité et de couleur au-dessus et en-dessous de l'intensité réelle de l'image. Il y aura toujours du bruit aléatoire à toute durée d'exposition, et il est le plus influencé par la vitesse ISO. Le motif du bruit aléatoire change même si les réglages d'exposition sont identiques.

Bruit à motif fixe inclut les « pixels chauds » (hot pixels), définis ainsi quand l'intensité d'un pixel dépasse largement les fluctuations ambiantes du bruit aléatoire. Le bruit à motif fixe apparaît généralement dans les très longues poses et est exacerbé par des températures plus élevées. Il est unique en ce qu'il montrera presque la même distribution de pixels chauds si pris dans les mêmes conditions (température, durée d'exposition, ISO).

Bruit de bande est hautement dépendant de l'appareil, et est le bruit introduit quand l'appareil lit les données du capteur. Le bruit de bande est plus visible aux ISO élevés et dans les ombres, ou quand une image a été excessivement éclaircie. Il peut aussi augmenter pour certains balances des blancs, selon le modèle.

Bien que le bruit à motif fixe paraisse plus objectionable, il est généralement plus facile à supprimer car il est répétable. L'électronique interne de l'appareil n'a qu'à connaître le motif pour soustraire ce bruit et révéler la vraie image. Le bruit à motif fixe est bien moins problématique sur la dernière génération d'appareils, mais même une infime quantité peut être plus distrayante que le bruit aléatoire.

Le bruit aléatoire, moins objectionnable, est généralement beaucoup plus difficile à supprimer sans dégrader l'image. Les ordinateurs ont du mal à discerner le bruit aléatoire des textures fines comme la terre ou le feuillage, donc si vous supprimez le bruit aléatoire, vous finissez souvent par supprimer ces textures aussi. Des logiciels comme Neat Image et Noise Ninja peuvent être remarquablement bons pour réduire le bruit tout en conservant l'information réelle de l'image. Voir aussi ma section sur la moyenne d'images pour une autre technique de réduction de bruit.

Continuez vers la partie 2 : « Bruit d'image : Exemples et caractéristiques »

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