acqui en 8 bits ou en 12 bits ? Voici enfin la différence en images

[christian viladrich 7 672]

Salut à tous,

Un sujet qui revient régulièrement est de savoir s'il existe une différence de résultats entre des acquisitions 8 bits et 12 bits.

Bon ... on peut déjà dire qu'il il n'y pas pas de différence observable sur les sujets classiques "brillants" : lune, planètes, soleil, ou même protubérances solaires.

Mais ... la question se pose sur des sujets où la dynamique est très grande comme sur la couronne solaire.

J'ai donc fait quelques tests, en prévision de la prochaine éclipse, en utilisant la lumière cendrée car elle correspond assez bien à la dynamique de la couronne solaire.

Les images ont été faites avec la Basler 1920-155, donc le capteur (IMX174) a une dynamique de 12.2 bits .

Sur cette série d'images, le temps de pose a été réglé à 30 ms. Les parties les plus lumineuses du terminateur sont largement en dessous de la saturation (80 ADU, soit environ 1/3 de la saturation max).
Les seuils de visualisation ont été resserrées afin de mieux voir ce qui se passe au niveau de la lumière cendrée. Il en résulte que le terminateur est cramé à la visualisation, mais ce n'est pas bien sûr le cas à l'acquisition.

Voici d'abord la comparaison 12 bits (à gauche) et 8 bits (à droite). Le tout avec gamma =1 à l'acquisition.
Il n'y a pas photo, en acqui 8 bits le bruit de quantification conduit à une perte importante aux faibles niveaux :

On peut se demander alors si l'utilisation d'un gamma = 0.5 ne permettrait pas d'améliorer la détection des faibles niveaux en 8 bits. Et bien oui, on y gagne, ce qui prouve d'ailleurs au passage que l'application du gamma se fait bien en 12 bits dans l’électronique de la caméra.
Gamma = 0.5 à gauche, gamma = 1 à droite :

Au bout du compte, en si on s’intéresse aux faibles niveaux, une acqui en 8 bits et gamma = 0.5 (à droite) , se rapproche d'une acqui 12 bits gamma = 1 ( à gauche):

En 12 bits, il n'y a pas de différence entre une acqui avec gamma = 0.5 et une acqui avec gamma = 1.

Moralité de toute cette histoire : pas d'intérêt de faire des acqui en 12 bits, sauf si vous utilisez une caméra à grande dynamique et si vous voulez faire des images de la couronne solaire :-)

[olivdeso 1 860]

Voila un test très intéressant. il fallait y penser.

(Ça me rappelle ma jeunesse avec les codec audio G711 loi A et u : principe similaires : pas de quatification plus serrés dans les faibles niveaux)

Merci Christian !!!

[Ce message a été modifié par olivdeso (Édité le 20-12-2015).]

[chonum 976]

Je trouve que le 12 est quand même très supérieur sur tes images Christian

[patry 1 972]

Ok pour les résultats, mais à part pour capturer des impacts lunaires (beaucoup plus fréquents qu'on ne le croit) c'est pas d'un grand intérêt (comme tu l'a dit en introduction).

En planétaire le seul cas où j'ai utilisé le mode 10/12 bits c'est pour capturer Mimas en même temps que Saturne, il y a plus de 11 magnitudes d'écart (QHY5L-II ; http://www.astrobin.com/56038/ et http://www.astrobin.com/56039/). C'est je pense du même ordre que la lumière cendrée de la lune vs le limbe.
J'ai fait aussi sur Uranus pour Encelade, mais j'ai fait choux blanc sur Jupiter ou alors je n'ai pas su retrouver mes cibles dans le fond du ciel.

Marc

[Lucien 11 292]

Salut Christian,

La dynamique de cette caméra évolue entre 12.2 bits et moins de 6 bits suivant le gain.
On peut perdre un ou deux bits si l'on sous-expose un peu; ou dans les densités moyennes.

Si l'on travaille à Gain moyen ou fort, effectivement le mode 12 bits n'apporte rien.

Lucien

[zorokan 4]

Salut Christian

merci pour ce test. Cela dit, je ne sais pas si j'ai les yeux de la foi, mais j'ai quand même l'impression que la zone de lumière cendrée est nettement plus détaillée en 12 bits non ?

++

Marian

[christian viladrich 7 672]

Salut à tous,

Fred : oui, le 12 bits est quand même au-dessus ;-) On pourrait dire que le mode 8 bits en gamma = 0.5 est à mis chemin entre le mode 12 bits gamma = 1 et le 8 bits gamma = 1. Cela se voit bien quand on mesure le niveau de bruit.

Marc : tout à fait d'accord. Il est très très rare que l'on ait besoin d'une grande dynamique. L'objectif ici était de préparer la prochaine éclipse totale du soleil, et de vérifier si la différence entre 8 et 12 bits était significative sur des sujets à grande dynamique, et si le cas échéant l'utilisation d'un gamma = 0.5 pouvait améliorer les choses en 8 bits. L'avantage de rester sur du 8 bits est de conserver les 155 fps (au lieu de 77 fps en 12 bits).

Lucien : tu fais bien de mentionner quelque chose que j'ai complètement oublié d'indiquer : l'influence du gain. Ici, le gain est au mini pour bénéficier des 12.2 bits de dynamique du capteur. Pour les images "classiques" planétaires, on utilise des valeurs de gain "importante", la dynamique (et le S/N max) est alors nettement plus réduit. Et comme tu le dis, le mode 12 bits n'apporte alors rien.

J'ai également oublié de dire que le temps de pose cumulée est le même sur chaque image. Le bruit photonique est donc identique, la seule différence porte sur le bruit de quantification.

Marian : oui, le 12 bits est quand même meilleur sur la lumière cendrée ;-)

[exaxe17 5 751]

merci pour le test! qui m’intéresse énormément, je fais des acquisitions en mode rapide pour du ciel profond en 16b, je trouve que le fond du ciel est plus facile à ameliorer, mais je n'ai pas pu le quantifier.

[olivdeso 1 860]

Autre remarque importante : le IMX174 a une grosse dynamique de plus de 12bits, alors que la plus part des capteurs on une dynamique plus faible. La différence serait encore moins marquée.

[patry 1 972]

Très juste pour le gain, mais en usage planétaire normal (pas solaire où on ne manque pas de flux), on a tôt fait de dépasser le gain "charnière" permettant d'exploiter éventuellement un mode 12 bits.

En fait rares sont les conditions permettant d'utiliser l'exposition qu'on veut (disons de 50 à 100ms et plus) et du coup on privilégiera plutôt de faire des images nettes (on fige la turbulence par l'exposition) quitte à augmenter le gain et de facto rester en 8 bits !
Chez moi je suis en général entre 15 et 25ms (Jupiter selon les filtres à F/D >20) avec un gain de 150 à 600 sur 1000.
Pour le fun on peut faire des images avec une expo longue (et diminuer le gain) pour conserver 12 bits mais il y a fort à parier que sous des conditions normales, on obtienne beaucoup plus d'images floues ... voire toutes parfois !

Accessoirement, pour profiter de ces grands capteurs à 150 i/s il faut une exposition autour de 6ms ... c'est pas gagné non plus ! Au foyer sans filtre peut être ?

Sinon, une idée de comparaison ;

En mode 12 bits le flux est généralement divisé par deux, donc on a deux fois moins d'images à exploiter (mais chaque image a plus de dynamique). Comment se comporte le post traitement avec le double d'images compositées (statistiquement et hors turbulence on disposera effectivement du double de réserve) ?

[Lucien 11 292]

En mode 12 bits le flux est généralement divisé par deux, donc on a deux fois moins d'images à exploiter (mais chaque image a plus de dynamique). Comment se comporte le post traitement avec le double d'images compositées (statistiquement et hors turbulence on disposera effectivement du double de réserve) ?

De façon générale :
Deux images 8 bits(effectifs) ne pourront pas égaler une image 12 bits (effectifs) en termes de dynamique.

Éventuellement on peut faire du HDR avec les deux images 8 bits et des poses différentes et obtenir une dynamique supérieure à 12 bits.

Néanmoins l'image 12 bits(effectifs) gardera l'avantage de la meilleure discriminations des nuances intermédiaires.

On compare 4096 nuances contre 2 fois 256 nuances.

Dans la pratique astro planétaire on a rarement besoin d'une dynamique de 12 bits.

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Certains reflets optiques internes à la chaine optique peuvent faire chuter la dynamique restituée très sensiblement sous les 12 bits.
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L'essai mené par Christian donne un résultat dans un cas de figure optique précis.

Lucien