Réduction du bruit par moyennage d'images

Le bruit numérique peut compromettre le niveau de détail de vos photos numériques ou argentiques, et sa réduction peut considérablement améliorer votre image finale ou votre tirage. Le problème est que la plupart des techniques de réduction ou d'élimination du bruit finissent par adoucir l'image. Un certain adoucissement peut être acceptable pour des images composées principalement d'eau lisse ou de ciel, mais le feuillage dans les paysages peut souffrir même avec des tentatives conservatrices de réduction du bruit.

Comparaison des méthodes

Cette section compare quelques méthodes courantes de réduction du bruit et présente une technique alternative : le moyennage de plusieurs expositions pour réduire le bruit. Le moyennage d'images est courant en astrophotographie haut de gamme, mais il est sans doute sous-utilisé pour d'autres types de photographie en basse lumière et de nuit. Le moyennage a le pouvoir de réduire le bruit sans compromettre les détails, car il augmente 실제로 le rapport signal/bruit (SNR) de votre image. Un avantage supplémentaire est que le moyennage peut également augmenter la profondeur de bits de votre image — au-delà de ce qui serait possible avec une seule image. Le moyennage peut aussi être particulièrement utile pour ceux qui souhaitent imiter la douceur de l'ISO 100, mais dont l'appareil ne descend qu'à ISO 200 (comme la plupart des reflex numériques Nikon).

Concept

Le moyennage d'images repose sur l'hypothèse que le bruit dans votre image est véritablement aléatoire. Ainsi, les fluctuations aléatoires au-dessus et en-dessous des données réelles de l'image s'équilibrent progressivement à mesure que l'on moyenne de plus en plus d'images. Si vous preniez deux clichés d'une zone grise uniforme, avec les mêmes réglages d'appareil et dans des conditions identiques (température, éclairage, etc.), vous obtiendriez des images similaires à celles montrées ci-dessous.

Le graphique ci-dessus représente les fluctuations de luminosité le long de fines bandes de pixels bleues et rouges dans les images du haut et du bas, respectivement. La ligne horizontale en pointillés représente la moyenne, ou à quoi ressemblerait ce graphique s'il n'y avait pas de bruit. Notez comment chacune des lignes rouge et bleue fluctue de manière unique au-dessus et en-dessous de la ligne en pointillés. Si nous prenions la valeur du pixel à chaque emplacement le long de cette ligne, et que nous la moyennions avec la valeur du pixel au même emplacement pour l'autre image, alors la variation de luminosité serait réduite comme suit :

Même si la moyenne des deux fluctue encore au-dessus et en-dessous de la moyenne, l'écart maximal est considérablement réduit. Visuellement, cela a pour effet de faire apparaître le patch de gauche plus lisse. Deux images moyennées produisent généralement un bruit comparable à un réglage ISO deux fois moins sensible, donc deux images moyennées prises à ISO 400 sont comparables à une image prise à ISO 200, et ainsi de suite. En général, l'amplitude des fluctuations de bruit diminue de la racine carrée du nombre d'images moyennées, donc vous devez moyenner 4 images pour réduire l'amplitude de moitié.

Comparaison bruit et détails

L'exemple suivant illustre l'efficacité du moyennage d'images dans un cas réel. La photo suivante a été prise à ISO 1600 sur le Canon EOS 300D Digital Rebel, et souffre d'un bruit excessif.

Recadrage 100 % des zones à gauche
Originale	2 Images	4 Images

Notez comment le moyennage réduit non seulement le bruit, mais fait également ressortir les détails pour chaque zone. Les logiciels de réduction de bruit comme Neat Image sont la meilleure arme disponible contre le bruit, c'est pourquoi ils sont utilisés comme référence dans la comparaison suivante :

Originale	2 Images	4 Images	Neat Image	Filtre médian

Réduction de bruit avec Neat Image Pro Plus 4.5 utilisant les réglages par défaut et « auto fine-tune »

Neat Image est le meilleur pour réduire le bruit dans le ciel lisse, mais il sacrifie certains détails fins dans la branche d'arbre et les lignes verticales de mortier/joint dans la brique. La netteté pourrait être utilisée pour améliorer les détails restants et améliorer grandement l'apparence globale de la netteté, mais la netteté ne peut pas récupérer l'information perdue. Le filtre médian est une technique primitive et est présent dans la plupart des versions de Photoshop. Il calcule chaque valeur de pixel en prenant la valeur médiane de tous les pixels adjacents. C'est efficace pour éliminer le bruit très fin, mais laisse les fluctuations plus importantes et élimine les détails au niveau du pixel. Dans l'ensemble, Neat Image est votre meilleure option pour les situations où vous ne pouvez pas utiliser le moyennage d'images (photos à main levée). Idéalement, on pourrait combiner les deux : moyennage d'images pour augmenter le SNR au maximum, puis Neat Image pour réduire tout bruit résiduel :

Originale	Moyennage : 4 Images	Neat Image	Neat Image + Moyennage

Réduction de bruit avec Neat Image Pro Plus 4.5 utilisant les réglages par défaut et « auto fine-tune »

Notez comment Neat Image plus moyennage parvient maintenant à la fois à conserver les détails verticaux dans les briques et à maintenir un aspect lisse et à faible bruit. Les inconvénients de la technique de moyennage incluent des exigences de stockage accrues (fichiers d'images multiples pour une seule photo) et des temps d'exposition potentiellement plus longs. Le moyennage d'images ne fonctionne pas sur les images souffrant de bruit de bande ou de bruit de motif fixe. Notez comment le « pixel chaud » blanc brillant en bas à gauche des images du haut et du bas ne diminue pas avec le moyennage. Le moyennage, contrairement aux autres prises de vue, nécessite zéro mouvement de l'appareil *entre* les expositions en plus de pendant l'exposition. Une attention particulière doit être portée à la technique et le moyennage ne peut être utilisé que pour des photos prises sur un trépied très stable.

Moyennage d'images dans Photoshop à l'aide des calques

Effectuer un moyennage d'images dans Adobe Photoshop est relativement rapide en utilisant les calques. L'idée est d'empiler chaque image dans un calque distinct, et de les faire fusionner de manière à ce que chaque calque contribue de manière égale. Si pour une raison quelconque un calque reçoit plus de poids qu'un autre, le mélange des images ne sera pas aussi efficace.

Il faut d'abord charger toutes les images à moyenner dans Photoshop, puis copier-coller chaque image par-dessus les autres pour qu'elles soient toutes dans la même fenêtre de projet. Une fois cela fait, le moyennage peut commencer. La clé du moyennage dans Photoshop est de se rappeler que l'opacité de chaque calque détermine à quel point le calque derrière est « laissé passer », et il en va de même pour chaque image en dessous. Cela signifie que pour moyennner correctement quatre images, par exemple, on ne doit pas régler l'opacité de chaque calque à 25 %. On doit plutôt régler l'opacité du calque du bas (ou calque d'arrière-plan) à 100 %, celui au-dessus à 50 %, puis le suivant à 33 %, et enfin le calque du haut à 25 %. Cela est illustré ci-dessous :

Pour moyennner un nombre quelconque d'images,
l'opacité en pourcentage de chaque calque est calculée par :

Note : Tous les marquages en rouge ont été ajoutés pour la clarté ;
ils ne seront pas réellement visibles dans Photoshop.

Recommandations

Quand doit-on effectuer un moyennage d'images, par opposition à simplement prendre une exposition plus longue à une vitesse ISO plus basse ? La liste suivante de situations peut toutes s'avérer utiles :

• Pour éviter le bruit de motif fixe excessif des longues expositions
• Pour les appareils qui n'ont pas de « mode bulb », vous pouvez être limité à des expositions de 15 à 30 secondes. Pour de tels cas, envisagez ce qui suit : prendre deux clichés à ISO 800 et 30 secondes pour produire l'équivalent approximatif (à la fois en luminosité et en niveaux de bruit) d'une seule exposition de 60 secondes à ISO 400. De nombreuses autres combinaisons sont possibles...
• Pour les situations où vous ne pouvez pas garantir des expositions sans interruption au-delà d'un certain temps. Par exemple, on pourrait prendre une photo dans un lieu public et vouloir un faible bruit, mais ne pas pouvoir faire une exposition assez longue car des piétons passent souvent dans le cadre. On pourrait alors prendre plusieurs clichés courts entre les passages.
• Pour figer sélectivement le mouvement dans les zones à faible détail et en mouvement rapide, tout en conservant un faible bruit dans les zones à fort détail et en mouvement lent. Un exemple est une nuit étoilée avec du feuillage au premier plan.
• Pour réduire le bruit dans les ombres (même dans les prises de vue à faible ISO) où l'on souhaite faire ressortir les détails d'ombre par la post-production.