Y a-t-il une possibilité que les avancées technologiques futures réduisent ou éliminent le bruit lors de l'utilisation d'un réglage ISO élevé, ou ce bruit est-il inévitable et inhérent à tous les capteurs numériques?
S'il existe une limite théorique où le bruit est inévitable, dans quelle mesure sommes-nous proches de cela?
Réponses:
Il est très important de réaliser que ce n'est pas le paramètre ISO élevé lui-même qui entraîne une image bruyante, c'est le fait que l'utilisation d'un paramètre ISO élevé signifie que vous capturez très peu de lumière.
La lumière est composée de photons qui sont émis au hasard par une source lumineuse. Lorsque les niveaux de lumière sont faibles ou le temps d'exposition très court, le nombre de photons que vous obtenez variera considérablement de
Imaginez que vous essayez d'estimer le taux auquel les gens quittent un centre commercial. Si vous ne disposez que de 10 secondes pour compter les personnes, le résultat obtenu variera considérablement en fonction du moment exact où vous commencerez à compter et de la sortie que vous aurez choisie. Si vous disposez de 10 minutes pour compter les personnes, vous obtiendrez une réponse beaucoup plus stable qui sera similaire pour toutes les sorties (en supposant qu'il n'y a pas de préférence personnelle pour les sorties) et sur différentes fenêtres de 10 minutes (en supposant qu'aucun autre facteur n'influence le résultat).
C'est ce qui se passe lorsque vous utilisez un paramètre ISO élevé, vous capturez très peu de photons, de sorte qu'un ensemble de pixels voisins couvrant un objet de couleur uniforme peut recevoir 4, 3, 4 et 5 photons chacun, donc au lieu d'une couleur uniforme et lisse vous obtenez un résultat granuleux qui change pour chaque pixel.
Ce bruit est appelé bruit de photons et est la principale source de bruit dans les images à ISO élevé, sauf dans les ombres. Même si vous aviez un capteur parfait qui comptait et rapportait fidèlement chaque photon qui a frappé le capteur, vous auriez toujours une quantité significative de bruit en basse lumière.
Cela ne veut pas dire que nous avons atteint la limite des performances ISO élevées. Pas encore tout à fait. Le bruit de photons purs à grain très fin est moins gênant que le bruit de motif touffu observé sur les photographies à ISO élevé.
La réduction de la diaphonie des pixels, l'amélioration de l'électronique en général pourraient n'avoir qu'un faible effet sur la réduction de l' amplitude du bruit , mais un effet plus important sur l'amélioration de la qualité du bruit .
Wikipedia a une simulation du capteur "parfait" où le bruit des photons n'est que la source du bruit:
Cliquez pour une version plus grande où vous pouvez distinguer des pixels individuels. Image par Mdf certains droits réservés.
kphotons en moyenne par pixel, la magnitude du bruit des pixels sera sqrt(k).
Réduisez-le, oui. Par exemple, le Canon 5D Mark III est 2/3 arrêts meilleur que le Canon 5D en haute performance ISO, bien que leurs capteurs soient de la même taille, car il est sept ans plus récent. Bien sûr, les performances passées ne sont pas nécessairement indicatives des résultats futurs, mais je ne vois aucune raison pour que des gains supplémentaires ne continuent pas d'être réalisés.
L'éliminer complètement est physiquement impossible. Lorsque vous atteignez un ISO par millions, vous essayez d'extraire des données de quelques photons. Quelle que soit la qualité de votre technologie, les informations ne sont tout simplement pas disponibles pour vous.
Maintenant, en ce qui concerne le fait qu'il soit "parfait" pour toutes les ISO sous, disons, 3200, notez qu'il n'y a pas vraiment de norme cohérente pour "parfait". Vous pouvez développer une nouvelle technologie étonnante qui atteint une limite théorique dans le rapport signal / bruit, mais est-ce vraiment important lorsque mes yeux prétendent que ce pixel devrait être # 0f3ed2, vous prétendez qu'il devrait être # 0e3fd4, et le capteur pense que c'est # 0d3dd3?
C'est déjà arrivé! Sur film, ou au début numérique, ISO élevé signifiait 400, sur les derniers appareils photo plein format, cela signifie 6400. Le problème est que chaque fois que cela se produit, "ISO élevé" est redéfini pour être encore plus élevé, ou en d'autres termes, ISO élevé signifie toujours " si haut que la technologie actuelle le rend bruyant ". Comme l'a noté Tony, il y a finalement des limites physiques quant à la distance à parcourir.
Via Hacker News, j'ai récemment rencontré ce document de 2008, écrit par le professeur de physique Emil Martinec pendant son temps libre, apparemment.
Bruit, plage dynamique et profondeur de bits dans les reflex numériques
Il caractérise les différents types de bruit possibles et décrit leur importance relative.
Après avoir lu ceci, vous vous rendrez compte qu'il est impossible de supprimer complètement les différents types de bruit de capteur. Certes, il est possible de les minimiser (de diverses manières), mais il existe également d'autres décisions de conception que le fabricant de l'appareil photo / capteur doit prendre et qui peuvent introduire d'autres problèmes ou compromis (par exemple, appliquer des décalages dans le convertisseur A / N, voir Fig. 10 + 11)
Concernant vos questions sur une limite théorique:
"Les sources de bruit les plus importantes pour les expositions typiques sont le bruit de lecture et le bruit des photons."
"L'inverse de la pente du graphique PRNU (voir la figure 7 pour un exemple) est une limite supérieure pour le rapport S / B, à moins que le PRNU ne soit compensé en post-traitement."
C'est un problème avec les capteurs en général - des capteurs optiques aux accéléromètres et gyroscopes. Tous les produits de consommation traitent cela et essaient de cacher le bruit de l'utilisateur - par exemple, votre téléphone est capable de détecter des vibrations bien en dessous du niveau qui le fait agir, et il existe des applications qui peuvent vous le montrer.
Tout capteur capable d'enregistrer des signaux avec précision dans la zone d'intérêt sera également capable d'enregistrer des signaux en dehors de la zone d'intérêt, et les signaux inférieurs ou supérieurs au seuil d'intérêt sont généralement appelés bruit. Ce `` problème '' n'est pas uniquement lié aux capteurs optiques, il est lié aux limitations physiques de la détection des choses qui nous intéressent.
La réponse est donc non - tout capteur suffisamment «insensible» pour éliminer le bruit éliminera également une partie du signal que nous voulons, ce qui rend impossible la construction de capteurs non bruyants.