Utilisation du binning en photographie

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Introduction au binning




  Le binning est une technique consistant à associer plusieurs pixels adjacents dans le but d'améliorer les qualités d'une photo soit en l'éclaicissant, soit en améliorant son niveau de bruit.
En général on utilise des pixels adjacvents formant un carré. Exemples binning 2x2, 3x3, 4x4, 5x5...
Le binning s'approchant d'un moyennage local, va rendre flou la photo et théoriquement on devrait diminuer les tailles de l'image dans le même rapport. Heureusement de nos jours les photos font environ 16 Mpx, ce qui conduit à des résultats encore acceptables:

Binning Définition Amélioration du s/b
1x1 =  Photo originale 3264x4928 1
2x2 1632x2464 2
3x3 1088x1643 3
4x4 816x1232 4
5x5 653x986 5

  Cette technique est utilisée dans les cas désespérés, pour récupérer des documents intéressants. On peut ainsi photographier dans des ambiances sombres avec une viteese acceptable, ou augmenter la sensibilté d'un capteur (au détriment de sa définition) Cela permet cependant de publier sur Internet, ou de faire un tirage 10x15 acceptable

Comment faire du binning




(Toute cette partie sera faite avec des jpg. Ce qui n'est pas l'idéal!)

J'effectue normalement cette action avec PSP X2. J'utilise le "filtre personnalisé"

PSP X2  > menu Effets > Filtre personnalisé       (sur PS CS5   Fitres > Divers > Autres... )


Exemple d'un binning 5x5

On a mis ici le nombre 1 dans 5x5 cases. Chaque pixel dans la nouvelle images sera le cumul des 25 pixels. Ici divisé par 13 pour ajouter 1 EV de lumière?  La division par 25 ne changerait la lumière de la photo.

Photo originale:


DSC_7787org.JPG

Photo modifiée par binning 5x5 diviseur 13   (5x5/13 => +1 diaphragme)


DSC_7787b5x5.JPG

PS. Je ne m'intéresse à cette photo que pour montrer le principe du binning. Elle n'est pas réellement adaptée car il y a, ici,  brûlage des lumières fortes. Aucun autre traitement n'a été apporté. (sauf réduction 750x500)


Autre exemple: Binning 5x5, diviseur 6 (soit +2 diaphragmes, ou plustôt ISOx4)

Détail original


DSC_7787orgb.JPG

Détail résultat


DSC_7787b5x5b.JPG

Détail résultat avec 'sharpen'


DSC_7787b5x5bs.jpg
Ce qui reste tout à fait acceptable si le but est de montrer la technologie du traitement du coton...
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Commentaires





Et avec des raws ?




  J'attends la livraison de PSP X4...

La théorie: pourquoi le s/b est-il amélioré?




  Le bruit est tout d'abord un phénomène statistique. Dans un capteur, chaque cellule capte des photons (qui se transforment en électrons). Et le nombre de photons reçu par chaque cellule est faible (genre 100 à 20000) Une loi fondamentale existe qui dit que le comptage de phénomènes statistiques est imprécis et suit la loi n +-racine(n) [C'est une loi universelle des statistiques: la précison est racine(n)/n=1/racine(n). Ainsi un sondage sur 1000 personnes n'a qu'une précison que de 3%!]
Ainsi si le capteur est censé recevoir 100 photons (en moyenne), en réalité, il recevra 100+-10 d'où un s/b de 10 (cas des ombres)
S'il doit recevoir 10000 photons, en réalité le comptage dira 10000+-100 soit un s/b de 100

  En réalité le comptage se fait sur les électrons (il faut donc tenir compte du rendement quantique du capteur. On n'est plus très loin de 100%). Deuxième réalité le comptage se fait réellement en accumulant les électrons pour obtenir une tension (ou une charge). Il faudra ensuite convertir cette tension (avec des approximations qui ajouteront un autre bruit)

  Un capteur a donc une sensibilité propre. S'il y a trop d'électrons, le capteur sature (cela déborde) il faudra donc jouer sur la vitesse pour n'ouvrir le robinet à lumière (photons) que pendant un temps plus court.
Si le capteur ne reçoit pas assez de photons, on peut allonger le temps de capture (temps de pose) Mais on peut aussi mettre un gain électronique (multiplication de la tension) Malheureusement on a vu qu'avec seulement 100 photons (je devrais dire 100 électrons) le s/b n'est que de 10. Tirer les ISO vers de grands chiffres conduit à une multiplication et donc maintient le système dans une capture d'un faible nombre de photons. [Un autre phénomène intervient sur les poses longues: le bruit thermique]

  Dans une photo sombre, les parties lumineuses (100 photons) auront un s/b de 10, les parties moyennes (100/6) un s/b de 4 et les parties sombres (100/25) un s/b de 2.

  La seule manière d'avoir une photo d'ombre avec un bon s/b est de la prendre surexposée (sans brûlage) et au 'développement' de l'assombrir.


Approfondir le sujet



Conclusion




  On arrive donc à la conclusion, qu'on peut se passer du binning en utilisant le 'downsizing' (réduction) avec des logiciels travaillant en interne en 16 bits (et en espace interne gamma=1). PS montre bien une amélioration du S/B. Comme M Jourdain, on fait du binning sans le savoir...

  Avec les logiciels modernes (PS, PSP X2, ...), l'amélioration du bruit s'obtient donc directement lors des réductions (downsizings) car les interpolations en 16 bits s'approchent du principe du binning. Cette page n'a donc pour but que de montrer ce qu'est le binning et de simplement 'mourir un peu moins idiot!'  ;-)


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