Monter en ISO pour réduire le bruit

Aujourd’hui, je vais vous secouer un peu avec un article un peu étrange, un peu technique, mais franchement utile. On entend tellement dire du mal de la sensibilité ISO, que beaucoup de photographes finissent par avoir peur de monter en ISO et de ce fait, gâchent leurs photos. Dans la suite de ce billet, vous allez apprendre que non seulement, monter en ISO ne fait pas forcément du mal à vos clichés, mais que ça peut même les améliorer…

RAW, ISO 25600, f/2.8, 10s, Canon 5D Mark III, Canon 50 mm f/1.4, Panorama de 6 photos

 

La vérité sur la sensibilité ISO

Avant de lire la suite, sachez que cet article nécessite une bonne maîtrise de l'exposition pour être correctement compris, je vous invite donc à lire mes billets précédents avant de vous attaquer à celui-ci (l'exposition, l'indice de lumination et la correction d'exposition, les plages dynamiques, la puissance de l'histogramme, l'exposition à droite et le rapport signal/bruit). 

Comme expliqué dans mon article précédent, la qualité d’une photo dépend du rapport signal/bruit (SNR). Nous avons vu que l'intensité du signal varie en fonction l'éclairage de la scène, de l'ouverture et de la vitesse d'obturation. Aujourd'hui, on va s'intéresser au bruit généré par l'électronique de nos appareils et à la sensibilité ISO. 

Depuis que vous faites de la photo, vous avez probablement entendu des centaines de fois que monter en ISO génère du bruit et qu'il ne fallait pas dépasser telle ou telle sensibilité en fonction du boitier que vous utilisez. Eh bien ! Ce n'est pas vraiment le cas, sur pratiquement tous les boitiers, monter en ISO réduit le bruit de vos photos ! 

Là, vous vous dites sûrement que je raconte n'importe quoi et que je suis devenu fou, mais avant de m'envoyer à l'asile, regardons quelques exemples :  

ISO 100

ISO 25600

Pour ces deux photos, j'ai utilisé le même couple ouverture et vitesse d'obturation, soit f/2.8 et 1/800s. Mon but ici était de simuler une situation où l'on manque cruellement de lumière afin de mettre en évidence la différence de qualité d'image (SNR). On voit immédiatement que la photo prise à ISO 25600 est largement plus propre que celle prise à ISO 100 ce qui confirme que monter en ISO réduit le bruit.

Mais pourquoi tout le monde dit l'inverse ? Cette confusion vient du fait que lorsque l'on monte en ISO, c'est habituellement dans des situations où l'on manque de lumière, le SNR est donc mauvais ce qui dégrade la qualité du cliché ; de ce fait, on associe naturellement la montée en ISO avec le bruit, mais comme nous venons de la voir ce n'est pas la montée en ISO en elle-même qui dégrade les photos, en réalité elle fait tout l'inverse et je vais vous expliquer comment. 

Note : en faisant varier la sensibilité ISO, l'exposition des clichés est également différente, j'ai donc régularisé l'exposition des deux clichés en post-traitement pour mettre en évidence les différences de SNR. 

ISO 100 à 25600

 

L'ISO est une amplification

Avant d'aller plus loin, sachez que la sensibilité d'un capteur ne varie pas réellement ; en montant en ISO on amplifie le signal total (signal utile + bruit) afin de rendre l'image plus claire, mais on ne récupère pas plus de lumière. 

Ok, mais comment le fait de monter en ISO peut réduire le bruit de nos photos, puisque l'on amplifie le bruit en plus du signal ? Eh bien ! Pour comprendre pourquoi, il faut s'intéresser brièvement au fonctionnement de nos appareils photo, pour vous aider, j'ai créé ce schéma très simple : 

Comme vous le voyez, il y a différentes sources de bruit en amont et en aval de l'amplification (ISO) et c'est là le secret de cette réduction de bruit. En effet, en montant en ISO on amplifie le signal et le bruit situé en amont de l'amplification, mais on ne touche pas au bruit généré après ce point ; ainsi, le bruit électronique en aval est noyé par notre signal fortement amplifié ! En somme, l'amplification (la montée en ISO) n'enlève pas tout le bruit de vos photos, mais élimine/noie une partie du bruit. 

Pour mieux comprendre, imaginons que le signal (la lumière) est de la peinture jaune et que le bruit est de la peinture magenta. Si je mélange 50 litres de peinture jaune et 50 litres de magenta, j'aurais de la peinture orange ; mais si je multiplie par 2^8 (soit 8 stops, ou la différence entre ISO 100 et ISO 25600) la quantité de peinture jaune avant de faire le mélange avec la peinture magenta, ma peinture sera toujours jaune. J'aurais noyé une très petite quantité de peinture magenta dans une très grande quantité de peinture jaune (50*2^8 jaunes + 50 magentas = 12800 + 50). 

 

Il ne faut pas jeter de la lumière

Monter en ISO réduit donc le bruit des photos en basse lumière, mais ça ne veut pas dire qu'il faut jeter de la lumière dans le but de monter en ISO ! Si votre photo prise à ISO 100 est bien exposée (éventuellement à droite), le signal est suffisamment fort pour noyer le bruit électronique en amont et en aval de l'amplificateur !

Cela signifie que : 

  • Il ne faut pas monter en ISO pour rien : si vous avez la possibilité de récupérer plus de lumière avec une plus grande ouverture ou un temps de pose plus long, faites-le ! C'est ce qui vous donnera les meilleurs résultats. 
  • Mais, si vous n'avez pas la possibilité de récupérer plus de lumière, il faut monter en ISO pour réduire le bruit

 

ISO variance et invariance

En testant cette technique, vous n'aurez peut-être pas les mêmes résultats que moi. Monter en ISO ne peut pas générer de bruit, mais dans certains cas il ne va pas en enlever non plus. Il y a beaucoup de technologies différentes aujourd'hui sur le marché, mais on distingue principalement deux catégories d'appareils : 

  • Les ISO variants : l'électronique en aval de l'amplification génère beaucoup de bruit
  • Les ISO invariants : l'électronique en aval de l'amplification génère peu de bruit

Dans cet article nous avons regardé le comportement d'un appareil fortement ISO variant (le Canon 5D Mark III), mais si nous avions effectué ces tests avec un Nikon D810, le résultat aurait été différent. Les appareils de cette seconde catégorie ne sont pas aussi sensibles aux changements de sensibilité ISO puisque le bruit généré en aval de l’amplification est suffisamment faible pour être noyé par le signal sans amplification. Il faut cependant nuancer ces propos ; en réalité, très peu d'appareils sont totalement ISO invariant et l'on verra bien des petites différences en qualité d'image en fonction de la sensibilité ISO utilisée, mais ces différences seront plus faibles qu'avec un appareil fortement ISO variant. De plus, tous les appareils ISO variants deviennent ISO invariants à partir d'un certain seuil ; le 5D Mark III par exemple est pratiquement ISO invariant à partir d'ISO 6400 et devient totalement ISO invariant à partir d'ISO 12800. 

L'ISO invariance peut être un facteur déterminant lors de l’acquisition d'un boitier et s'avère très utile dans certaines situations de prise de vue, notamment lorsque la dynamique est forte. Si vous relevez les ombres en post-traitement avec un boitier ISO variant vous verrez beaucoup plus de bruit qu'avec un appareil ISO invariant. Les APN (appareil photo numérique) de cette seconde catégorie octroient plus de souplesse et de possibilités de prise de vue. Ceci étant dit, ça ne veut pas dire qu'on ne peut pas faire de belles photos avec un boitier ISO variant ; d'ailleurs, à mon sens, d'autres caractéristiques restent plus importantes comme par exemple l'ergonomie. 

Pour vous aider à y voir plus clair : 

  • Les boitiers ISO variants : tous les Canon d'ancienne génération (1Dx, 5D Mark III, 6D + 6D Mark II, 7D Mark II, 750D, 100D, 1300D, etc.) et des APN encore plus anciens des autres marques
  • Les boitiers ISO invariants : tous les Sony, Nikon, Pentax et Fujifilm de ces dernières années, ainsi que la nouvelle gamme de Canon (200D, 800D, 77D, 80D, 5D Mark IV, 1Dx Mark II)
Je suis fortement ISO variant, mais ça ne m’empêche pas de faire de bonnes photos !
— 5D Mark III, 2017

 

Trouver la sensibilité ISO optimale

Pour rappel, monter en ISO réduit la capacité du capteur à gérer la dynamique et nous venons de voir qu'à partir d'une certaine sensibilité, les capteurs deviennent totalement ISO invariants. Tous les appareils ont donc une sensibilité ISO optimale à utiliser en basse lumière ; elle permettra de minimiser le bruit tout en maximisant la dynamique. 

Pour trouver la sensibilité ISO optimale, il faut faire un test d'ISO invariance qui est très simple à réaliser (à faire en RAW) : 

a) Sur le terrain

  • Utilisez votre trépied et trouvez un sujet relativement uniforme et sombre (ciel sans nuage la nuit, etc.). Ayez de préférence des zones particulièrement sombres dans votre cadre (n'oubliez pas que c'est là que le bruit est le plus visible)
  • Mettez votre appareil en mode manuel et réglez la sensibilité ISO à sa valeur maximale (non étendue)
  • Utilisez l'ouverture et la vitesse d'obturation pour avoir une exposition moyenne (le but ici n'est pas d'exposer à droite, nous voulons priver le capteur de lumière)
  • Réglez maintenant la sensibilité ISO au minimum (non étendue)
  • Prenez une photo par sensibilité ISO (faites des sauts d'un IL, ignorez les sensibilités intermédiaires)

b) Dans Lightroom

Une fois vos RAW importés, ils auront des expositions différentes. 

Il faut donc synchroniser l'exposition des clichés afin de mettre en évidence les différences de SNR. Pour ce faire, sélectionnez le fichier avec la sensibilité ISO la plus élevée (le plus exposé qui doit être tout à droite), cliquez ensuite sur la photo la plus sombre tout en maintenant la touche MAJ enfoncée et pour finir, appuyez sur ALT+MAJ+CTRL+M. Lightroom va faire correspondre l'exposition des autres clichés au premier qui a été sélectionné ; vu que le paramètre Exposition est limité à +/- 5 stops, il faudra utiliser un pinceau de retouche pour corriger l'exposition des clichés les plus sombres (en plus du réglage de l'exposition). Réglez ensuite la balance des blancs du cliché avec la sensibilité ISO la plus élevée et synchronisez ce réglage avec les autres photos (en utilisant le bouton Synchroniser situé en bas à droite). 

Résumé des changements d'expositions : 

  • ISO 100 + 6 IL
  • ISO 200 + 5 IL
  • ISO 400 + 4 IL
  • ISO 800 + 3 IL
  • ISO 1600 + 2 IL
  • ISO 3200 + 1 IL
  • ISO 6400 + 0 IL

Vous pouvez maintenant comparer vos clichés en utilisant le mode Comparaison de Lightroom (sélectionnez deux photos et appuyez sur la touche C), je vous conseille de zoomer à 100% et de comparer tous les clichés afin de déterminer la sensibilité ISO optimale ; le but est de trouver le seuil à partir duquel on ne voit plus aucune différence entre les photos. J'ai fait ce test avec mes deux boitiers afin de connaitre leurs sensibilités ISO optimales : 

  • Canon 550D : ISO invariant à partir d'ISO 1600
  • Canon 5D Mark III : ISO invariant à partir d'ISO 12800 (différence faible à partir de 6400)

Concrètement, connaitre cette sensibilité ISO optimale peut s'avérer très utile dans des situations où la dynamique est forte et où l'on manque de lumière (astrophotographie avec une ville/village dans le cadre, reportages en basse lumière, etc.). 

 

Résumé

  • Monter en ISO réduit le bruit des photos
  • Monter en ISO ne modifie pas la sensibilité du capteur à la lumière
  • Il s'agit d'une amplification du signal
  • L'amplification augmente le signal et une partie du bruit
  • Le bruit qui n'est pas amplifié est noyé par le signal amplifié
  • Il ne faut pas monter en ISO pour rien
  • On monte en ISO quand n'a pas d'autres solutions
  • Il existe principalement deux types d'appareils photo
  • Les ISO variants sont très sensibles aux changements d'ISO
  • Les ISO invariants sont peu sensibles aux changements d'ISO
  • Tous les appareils ont un seuil à partir duquel ils deviennent totalement ISO invariant
  • On peut déterminer le seuil en faisant un test d'ISO invariance

 

Conclusion

En commençant la photographie, la sensibilité ISO semble être le paramètre le plus simple du triangle de l'exposition, mais en avançant on s'aperçoit que c'est sans doute le plus complexe et qu'il est souvent mal compris. En exploitant l'ISO de manière optimale, on peut prendre de belles photos dans des situations où la lumière manque cruellement :) J'espère que cet article était suffisamment clair et qu'il vous aidera dans votre pratique de la photographie. Comme toujours, n'hésitez pas à me poser des questions, à commenter et à partager l'article. Sur ce, je vous dis bonne journée et bonne photo ! 

Source : Certaines parties de cet article sont inspirées d'un billet du site lonelyspeck.com