REDUCTION DU BRUIT PAR MOYENNAGE

Le bruit peut compromettre le niveau de détail de l'image (numérique ou sur film). Réduire se bruit, lorsque cela est possible, permet donc d'améliorer la qualité de l'image finale ou de l'impression. La perte de netteté est souvent le prix à payer. Le compromis est acceptable pour une surface relativement régulière (eau ou ciel par exemple), mais un sujet tel qu'un feuillage peut s'avérer difficile à gérer.

Cette section compare quelques méthodes de réduction du bruit, et introduit une alternative récente: le moyennage de plusieurs photographies.Cette technique est courante en astro-photographie, mais elle est sous-exploitée en photographie de nuit ou en condition de faible lumière.Le moyennage présente l'avantage de conserver le détail, puisqu'il accroit le rapport signal sur bruit (SNR).En bonus, la profondeur de bit peut être améliorée, au-delà de ce qui est possible avec une image unique. On peut aussi l'utiliser pour mimer l'effet d'une sensibilité ISO faible (p. ex. 100), pour ceux dont l'appareil ne descend pas en dessous de 200(fréquent chez Nikon).

CONCEPT

Le moyennage fonctionne sur le principe que le bruit est réellement aléatoire. De fait, les légères variations aléatoires (tantôt supérieures, tantôt inférieures au niveau moyen) seront graduellement lissées, en fonction du nombre d'images utilisées. Si vous photographiez deux fois un patch gris lisse, en utilisant exactement les mêmes réglages (y compris le même éclairage), vous devriez obtenir le résultat présenté sur la gauche.

La figure ci-dessus représente la variation de luminance sur les lignes de pixels bleu et rouge. Le ligne en pointillés représente la moyenne, ou ce qu'on obtiendrait dans une image ne contenant aucun bruit. Il faut au passage remarquer la manière "bizarre" dont les courbes varient. Leur caractère aléatoire est fondamental pour notre objectif. Ainsi, en prenant la valeur de chaque pixel et en faisant la moyenne avec celle d'une autre image (même pixel, même position), on peut réduire la variation comme suit:

Bien que la moyenne fluctue toujours, la déviation maximum a été sensiblement réduite. Visuellement, cela se traduit par une image plus lisse (voir patch gris). En terme de bruit, le produit de deux images correpsond à peu près à une réduction par deux de la sensibilité ISO. En général, l'amplitude du bruit diminue comme la racine carrée du nombre d'images utilisées, c'est-à-dire qu'avec seulement 4 images, on peut réduire l'amplitude du bruit par un facteur deux.

BRUIT ET DETAIL

L'exemple suivant illustre l'efficacité du moyennage. La photo en question a été prise avec un Canon EOS 300D Rebel à ISO 1600, et souffre clairement d'un bruit excessif.

Il est remarquable de constater la réduction du bruit tout comme le mise en évidence du détail. Les logiciels de réduction du bruit tels que Neat Image sont les meilleures armes possibles contre du bruit, et la comparaison suivante en illustre la performance:

Neat Image est la solution la plus performante, au prix d'une légère perte de détail dans le feuillage et dans les verticales murales. Mais ca peut se compenser avec une amélioration de la netteté. A noter que l'augmentation du contraste ne peut pas récupérer l'information perdue. Le filtre médian est une technique primitive et se trouve dans la plupart des versions de Photoshop. Pour chaque pixel, la valeur médiane des pixels adjacents est caluclée. C'est utile pour se débarasser d'un bruit très fin, mais n'améliore pas les grands niveaux de bruit et détériore le détail. Bref, Neat Image est définitivement la meilleure alternative au moyennage (lorsqu'on ne peut pas le faire). Dans l'absolu, une combinaison des deux est conseillée: moyennage pour augmenter le rapport signal sur bruit autant que possible, puis Neat Image pour finaliser proprement:

L'utilisation combinée de Neat Iamge et d'une opération de moyennage permet de conserver le niveau de détail des briques, tout en offrant un niveau de bruit très satisfaisant. Cette méthode ne fonctionne pas pour les scènes contenant du bruit de bande ou bruit à cohérence spatiale. Observez comment le "pixel mort" blanc brillant dans le coin gauche bas n'est pas affecté par le moyennage. Dans la rubrique des inconvénients du moyennage, on retiendra l'augmentation du stockage nécessaire (plusieurs fichiers pour une image finale) et un temps d'exposition potentiellement plus long. En outre, on suppose qu'il n'y a pas le moindre mouvement de caméra entre les clichés. Un trépied solide est donc absolument indispensable.

MOYENNAGE AVEC PHOTOSHOP

La réalisation pratique du moyennage est relativement aisée avec Adobe Photoshop. L'idée est de stocker chaque image dans une couche, de lui assimiler une certaine transparence puis de les superposer. Il faut simplement faire attention à ce que toutes les couches participent également à la luminosité globale.

Après avoir chargé toutes les images dans Photoshop, il faut faire un copier/coller des images les unes sur les autres de sorte qu'elles soient toutes dans le même projet. Ensuite, le travail peut commencer. La notion clef à retenir est que l'opacité de chaque image détermine la quantité de lumière qui émane des images arrières. Il en découle que les facteurs de transmission ne s'additionnent pas mais se multiplient. Cela signifie qu'avec 4 images, il ne faut pas régler l'opacité de chaque image à 25% mais comme suit: 100% pour l'image du fond, 50% pour celle directement devant, puis 33% et enfin 25% (voir l'illustration ci-dessous).

De façon générale, l'opacité de chaque couche se calcule comme suit:

RECOMMENDATIONS

Pour bien cerner l'importance du moyennage, par opposition à une prise de vue unique (plus longue avec une sensibilité plus forte), les situations suivantes peuvent être avantageuses:

• Pour réduire le bruit de motif, fréquent pour une longue exposure
• Pour les appareils qui n'ont pas de pose B, l'exposition est souvent limitée à 15 ou 30 secondes. Dans ce cas, on peut par exemple faire deux photographies de 30s à ISO 800 à la place d'une de 30s à ISO 400. Le résultat est relativement équivalent en terme de bruit et de luminosité. Les combinaisons sont quasi-illimitées...
• Pour être sûr que la prise de vue ne soit pas interrompue. Dans un espace public par exemple, il se peut qu'un passant se présente dans le cadre à tout moment. Avec des photographies de plus courte durée, on peut rendre la chose plus simple.
• Pour capturer une zone de mouvement rapide avec peu de détail, tout en maintenant un bruit faible dans une zone fixe de haut détail. Par exemple dans le cas d'une nuit étoiée avec un feuillage au premier plan.
• Pour réduire le bruit d'ombre (même à faible sensibilité ISO), lorsqu'on veut en faire ressortir les détails en post-traitement.