Le bruit est un phénomène courant sur tous les appareils
numériques utilisés à un moment ou à un autre.
Le terme "bruit" décrit un type d'interférence
auquel une image numérique est sujette.
A son niveau le plus simple, un capteur compte les photons heurtant ses
pixels provenant d'un sujet. C'est le "signal". Cependant, une
des propriétés d'un capteur est qu'aucun pixel n'est susceptible "de
compter" le même nombre de photons qu'un autre, même lorsqu'ils
sont exposés à la même source. Cette variation imprévisible
de leurs comptes est appelée bruit de fond.
Hormis ce bruit de fond, il y a des sources supplémentaires de bruit
qui interfèrent sur une image numérique, telles que le bruit
de lecture —processus d'extraction de l'information du CCD et
son interprétation— et le bruit du traitement d'image.
Ceux-ci se produisent à chaque étape du procédé par
lequel le signal créé par la lumière heurtant un capteur
est amplifié et converti en valeur numérique. Le bruit est
une combinaison d'éléments aléatoires qui font partie
des mesures effectuées et des interférences causées
par l'électronique de l'appareil.
Même lorsqu'il n'y a aucune lumière arrivant sur un capteur,
les électrons s'accumulent graduellement dans ses pixels. Appelé le Dark
Noise, le signal que ce phénomène crée est indiscernable
de celui produit par une source de lumière.
Dans notre propos, l'origine du bruit n'est intéressante que d'une
façon générale. Plus importantes sont les circonstances
dans lesquelles il faut le prévoir et les moyens envisageables pour
le réduire au minimum.
Avec les appareils numériques, le bruit tend à augmenter
suivant 2 facteurs: la sensibilité du CCD et la longueur de l'exposition.
Le bruit est toujours présent
Une démonstration simple
peut être employée pour montrer le bruit constamment
présent sur un capteur d'image.
Cette photo a été prise avec le bouchon d'objectif en place.
Après 20 secondes d'exposition, l'image semble être complètement
noire. Cependant, si une moitié de l'image est sélectionnée
dans un éditeur d'image et que son contraste est poussé presque
au maximum, les pixels montrent des couleurs aléatoires.
Les origines du bruit visible
dans l'image ci-dessus comprennent tous les types de sources
cités précédemment, mais la longue exposition
a permis au Dark Noise de s'accumuler. C'est une expérience
simple qui peut être faite avec n'importe quel appareil
numérique avec des vitesses d'obturation contrôlables.
Il est important de noter que si ce procédé est répété sur
différentes images, le bruit changera de trame, mettant en valeur
sa nature aléatoire.
Augmentation de bruit avec la sensibilité du
capteur (ISO)
La teneur en bruit d'une photo augmente proportionnellement avec le gain
du CCD. A mesure que la sensibilité du capteur est augmentée,
il en va de même pour la capacité du capteur à enregistrer
du bruit. Par exemple, à 100 ISO la teneur en bruit pourrait être
minimale et seulement apparente dans les zones où la lumière
disparaît dans l'image.
100 ISO
200 ISO
Le résultat
de l'augmentation de la sensibilité ISO peut être
vu dans les photos ci-dessus à droite. Une zone spécifique
de l'image est montrée ici à taille normale.
A mesure que la lumière arrivant sur le sujet s'affaiblit
en haut à gauche, le bruit devient visible. Plus la
sensibilité (ISO) du capteur est augmentée,
plus le bruit devient prononcé. Le bruit détériore
l'image et des couleurs aléatoires apparaissent.
400 ISO
L'avantage d'augmenter la sensibilité ISO
pour obtenir des vitesses d'obturation plus rapides doit être
pesée contre l'augmentation du bruit. La quantité de
bruit enregistrée dans l'image changera considérablement
entre différents appareils. Quelques appareils "haut
de gamme" sont pourvus de systèmes complexes
pour éliminer partiellement le bruit et protègent
leurs capteurs plus efficacement contre le bruit généré par
leurs propres composants.
Les photos de nuit sont les plus sujettes au bruit
La prise de vues nocturnes peut être très amusante. Cependant,
les faibles vitesses d'obturation exigées augmentent aussi la probabilité de
bruit apparaissant dans les images. Les photos ci-dessous illustrent l'aspect
du bruit dans ces conditions.
Les photos sont capturées
en utilisant un appareil monté sur un trépied.
L'image à gauche est une version réduite de la photo originale
de 1600 x 1200 pixels. La sensibilité de l'appareil est réglée à 100
ISO et la durée de l'exposition est de 8 secondes. Le
procédé de réduction d'une image élimine beaucoup
des détails les plus fins, aussi une section de cette photo, cadrée
pour montrer les branches supérieures de l'arbre et une partie du
ciel, est montrée à taille réelle ci-dessous.
Dans l'image précédente,
il est difficile de discerner le contour de l'arbre, tel
qu'il apparaîtrait à l'œil après
s'être accoutumé à la nuit. Venus est
clairement visible près des branches supérieures
de l'arbre et quelques étoiles sont apparentes. Quelques
points bleus, attribuables au bruit intrinsèque de
l'appareil, sont également visibles. Un de ces pixels
bleuâtres se trouve à droite de Venus.
La photo de droite est semblable, également
prise avec l'appareil réglé à 100 ISO,
mais le temps d'exposition a été allongé à 16
secondes.
Notez que les branches de l'arbre se détachent maintenant clairement
sur le ciel et qu'un haut nuage a également été capturé.
La section ci-dessous est prise du même endroit et montre cette partie
de l'image à 100%.
La chose la plus évidente
au sujet de l'image ci-dessus sont les branches clairement
définies de l'arbre et, naturellement, le ciel plus
lumineux et le nombre plus grand d'étoiles qui peuvent être
vues. Le bruit intrinsèque de l'appareil est également
plus visible. Il y a maintenant plus de points bleuâtres,
comparés à ceux observés dans l'image
précédente.
Pour rendre ce phénomène encore plus visible, une partie
de l'image ci-dessus est présentée ci-dessous à 300%.
La photographie de nuit est fortement susceptible de contenir du bruit.
La teneur de ce bruit peut être contrôlée dans une
certaine mesure par la longueur de l'exposition et par la sensibilité du
capteur: une configuration ISO inférieure entraîne une réaction
plus lente du capteur et alternativement une plus longue exposition,
tandis qu'une configuration ISO plus élevée raccourcira
le temps d'exposition. Choisir la meilleure combinaison dépend
considérablement de l'appareil employé, car les capteurs
ne sont jamais totalement semblables. Par conséquent, le meilleur
moyen de savoir quelles conditions sont les plus sujettes au bruit —et
pour pouvoir les éviter— il faut faire des essais avec l'appareil.
Pour finir, un autre facteur doit être pris en compte. La compression
JPEG peut augmenter le bruit dans une image en faisant la moyenne des couleurs
d'un groupe de pixels adjacents. S'il est disponible, un format d'image
non comprimé devra être utilisé.
is
part of the 
