Prenez votre K10D chéri, tournez la bague de sélection des modes sur Tv, réglez le temps d’obturation sur 30″ et déclenchez. L’appareil effectue une pose longue. Une fois l’image emmagasinée, vous constatez que le K10D ne vous rend pas la main immédiatement. En fait, il est indisponible encore 30 secondes avant d’afficher l’image. Essayez en pose B avec une durée de cinq minutes et vous constaterez que l’appareil reste indisponible cinq minutes supplémentaires après avoir libéré le rideau de fermeture.

La première fois, c’est déconcertant. On se demande ce qui se passe.

Allez dans la page Réglage perso et réglez Réduction du bruit sur Arrêt. Recommencez les tests ; vous constatez maintenant que le K10D est immédiatement opérationnel après avoir pris une photo, même en pose longue.

Le réducteur de bruit semble donc être ce mécanisme qui prend du temps à faire son boulot après chaque image. Mais pourquoi donc prend-il tant de temps ? Pourquoi prend-il d’autant plus de temps que la pose est longue ?

Avant d’aller plus loin, profitons de l’occasion pour rappeler un peu ce qu’est le bruit.

Le bruit, c’est quoi ?

Qu’on enregistre un son, une image ou tout autre signal, on enregistre aussi du bruit. Le bruit, c’est ce qui est présent dans l’enregistrement mais qui est absent du signal d’origine. Pour passer du signal à l’enregistrement, il y a des intermédiaires. Typiquement, ces intermédiaires sont tous les milieux qu’il faut traverser, tous les dispositifs qui entrent en jeu et les supports qui conserveront l’enregistrement.

Fig. 1 : signal et bruit

Imaginons un signal pur et simple, comme une courbe y=f(x) qui vaut 8 quand x est inférieur à 1, grimpe progressivement jusqu’à atteindre 15 quand x vaut 8 et au delà (courbe verte sur la figure 1).

L’ensemble des perturbations qui altérerons l’image s’appelle le bruit. Il est ici symbolisé par la courbe fine rouge sur l’axe des x de la figure 1.

Une fois combinées avec le signal d’origine, ces perturbations produiront l’enregistrement final (courbe rouge épaisse, figure 1) qui ressemble au signal d’origine sans être véritablement égal.

Le bruit est d’autant plus sensible que sa valeur est significative devant celle du signal.

Pour mesurer l’efficacité d’un dispositif, on parle de rapport signal/bruit. Plus ce rapport est élevé, plus l’écart entre l’enregistrement et le signal d’origine est grand et moins le bruit est perceptible.

Dans le domaine du son, ceux d’entre nous qui ont utilisé autrefois des cassettes audio se souviennent du souffle qu’on entendait parfaitement. Certains appareils étaient dotés de filtres pour éliminer, au moins en partie, ce souffle. Les laboratoires Dolby, par exemple, avaient mis au point des circuits spécialisés dans la réduction de bruit (DNR : Dolby Noise Reduction).

On se souvient qu’une fois ces filtres activés, le son était plus propre mais plus étouffé aussi ; les circuits ne savent pas bien faire la différence entre le bruit et le son d’origine. Les filtres Dolby éliminaient les fréquences caractéristiques du chuintement de la bande. Mais si ces fréquences étaient présentes dans le signal d’origine, elles étaient éliminées aussi. Et ça s’entendait ; le son n’était toujours pas identique à celui d’origine. Pas plus qu’en laissant le souffle de la bande. C’était simplement moins gênant.

Envisagée de cette façon, l’élimination du bruit est une vue de l’esprit ; il ne s’agit ni plus ni moins que de remplacer un bruit par un autre.

Dans certaines situations, on peut cependant obtenir un résultat très proche du signal d’origine (la courbe noire sur la figure).

Le bruit dans l’image

Le bruit dont il est question ici est un signal aux caractéristiques aléatoires (voir cet article) : connaissant sa valeur à un instant t ou à un emplacement donné, on est incapable de la déterminer un instant plus tard ou à un autre emplacement, même voisin. Car il serait relativement aisé d’éliminer un bruit dont les caractéristiques seraient déterministes (c’est à dire dont les valeurs sont reliées les unes aux autres). C’est le cas, par exemple, du ronflement d’une alimentation dans un chaîne de prise de son.

Dans le cas de l’appareil photo numérique, ce qui importe c’est de réduire, d’éliminer la part du bruit lié au capteur (et au reste de l’électronique, bien entendu. Mais contentons-nous du capteur). On considèrera que les composantes de bruit liées aux éléments extérieurs (air, objectif…) font, dans notre analyse, partie du signal (leur traitement est néanmoins possible et fait appel à des moyens spécifiques).

Les capteurs sont des petites bêtes sensibles. Sensibles à la lumière, comme notre œil. Ou plutôt, sensibles aux rayonnements électromagnétiques (dont la lumière visible ne constitue qu’une qu’une partie). Comparés à nos yeux, quand même, les capteurs ne sont pas sensibles aux mêmes fréquences. Notamment, ils sont sensibles, et pas qu’un peu, aux rayonnements infrarouges, c’est à dire ceux liés à la température (certains caméscopes se servent d’ailleurs de cette caractéristique pour proposer un mode de prise de vue nocturne). Hélas, une fois acquis par le capteur, l’électronique ne sait plus distinguer les photons infrarouges des autres (ils ont tous été transformés en électrons « banals »).

Cette distorsion par rapport à la courbe de réponse de l’œil est un bruit en soi. Ce défaut est néanmoins facile, en principe, à éliminer. On peut s’y attaquer par filtrage (en plaçant entre la source et le capteur un filtre dont la courbe de réponse corrige, au moins en partie, le défaut) ou par correction numérique (pour la partie résiduelle). En pratique, c’est beaucoup plus délicat.

Chaque photosite (ou sous-pixel) a une sensibilité qui lui est propre, autant au niveau spectral ou temporel qu’en amplitude. Sur toute la surface du capteur, les éléments sensibles ne répondent donc pas de la même façon que leurs voisins et ça, spécialement dans le domaine de l’infrarouge.

Chaud devant !

Le problème, c’est qu’un capteur, ça chauffe quand ça fonctionne. C’est à dire qu’il génère lui-même un rayonnement auquel il est sensible. Le mal vient donc de l’intérieur, au moins en partie, et le filtrage n’y peut donc rien.

Les installations astronomiques utilisant des capteurs numériques traitent ce problème en mettant en œuvre des circuits de refroidissement stabilisés impossible à envisager dans un appareil qui doit tenir autour du coup (et surtout, autour du coût).

On pourrait imaginer de caractériser et corriger cette erreur un bonne fois pour toutes en enregistrant une image non exposée (c’est à dire réalisée dans le noir complet) et de la soustraire aux images suivantes. C’est d’ailleurs ce que faisaient les pionniers du numérique (avec l’aide de Photoshop). Mais on ne tient pas compte alors du vieillissement du capteur ni des conditions réelles du moment.

Une solution est alors de réaliser immédiatement avant ou immédiatement après l’image à corriger une vue non exposée avec le même temps de pose, c’est à dire aussi proche que possible des conditions de prise de vue du moment. Pour des raisons pratiques évidentes, c’est immédiatement après que cette vue de correction est réalisée. Elle est automatiquement soustraite de l’image par le K10D avant enregistrement sur la carte mémoire.

Cependant, l’échauffement du capteur est d’autant plus important que la pose est longue, situation typique quand la lumière est rare, donc le signal faible.

On voit qu’on est alors dans une configuration défavorable : le signal n’est pas important et le bruit lié à l’échauffement du capteur est accru par l’allongement du temps de pose. Le rapport signal/bruit chute mécaniquement. La vue de correction destinée à enregistrer le bruit pour l’éliminer ensuite par soustraction souffre donc de cet échauffement et le résultat ne sera pas aussi fidèle que le laisse espérer la méthode.

Conclusion

J’ai réalisé des images test avec et sans la réduction de bruit intégrée du K10D et franchement, les différences ne sont pas « mortelles ». Peut-être, en poussant les ISO mais il faut chercher la petite bête.

Ce qui est certain, c’est qu’en doublant chaque vue d’une vue de correction, l’option consomme de l’énergie et empêche la prise de vue immédiatement après une pose longue.

La question qu’on peut se poser (et à laquelle chacun répondra dans son coin) est : faut-il activer ou désactiver la réduction de bruit ?