La dynamique de l'Olympus EM-5

Intérêt de la dynamique accrue de l'EM-5 dans la gamme Olympus
(février 2011)

Pour le lecteur peu familier de la gamme 4/3 d'Olympus mais qui néanmoins voudrait lire cette page, il faut savoir que les reflex numériques et les hybrides de la marque ont longtemps souffert d'un capteur Panasonic peu performant en basse lumière. La situation s'est débloquée avec l'apparition du modèle EM-5 équipé d'un nouveau capteur d'origine Sony.

Résumé pour visiteurs pressés :

à 200 ISO, l’EM-5 capte les tons très sombres bien mieux que ses prédécesseurs. Très intéressant pour tous ceux qui pratiquent des effets d'extension de dynamique (débouchage des noirs, tone-mapping, HDR…).
Ses prédécesseurs ne se débrouillent tout de même pas si mal que ça (évidemment, sinon Olympus n'en aurait pas autant vendu)
Mais en haute sensibilité, l’EM-5 à 3200 ISO fait nettement mieux que ses prédécesseurs à 1600 ISO.

1 – Introduction

Mon histoire commence avec le relevé des courbes S/B (signal à bruit) de l’EM-5 et de sa comparaison avec celles que j’avais relevées antérieurement pour le E-30.

En abscisses, l’éclairement est rapporté à la valeur pour lequel le capteur sature. Les ordonnées représentent le rapport S/B en EV — c.à.d. qu’on part de S/B=1 sur l’axe horizontal et qu’on double à chaque fois qu’on se déplace d’une graduation. Ces valeurs de S et B doivent être mesurées directement sur le capteur. La technique de mesure est décrite ailleurs.

Pour comprendre la portée pratique de ces courbes, il faut savoir qu’en pratique (pour ne pas être gêné par le bruit), le rapport S/B devrait être supérieur à 5 EV en haute lumière et à 1 EV en basse lumière [voir ici]. Les points où ces courbes dépassent le palier S/B=1 EV permettent donc de lire une « dynamique pratique » ; par exemple, à 200 ISO, le EM-5 offre une dynamique pratique de 11 EV et le E-30 de 9 EV.

A noter qu’on lira des chiffres plus flatteurs sur le site DxoMark parce qu’on y part d’un plancher S/B = 0 EV pour chiffrer les dynamiques.

Ce qui m’a davantage intéressé est la comparaison de l’EM-5 à 3200 ISO et du E-30 à 1600 ISO ; dans les deux cas, on termine un peu au-dessus de 5 EV (donc des images correctes en hautes lumières), mais avec des dynamiques très différentes : 8 EV pour le premier contre 5,5 EV pour le second. Ça devrait se voir.

Noter aussi que la courbe à 6400 ISO de l’EM-5 culmine en dessous de 5 EV : le bruit sera décelable dans les hautes lumières.

2 – De la théorie à la pratique

Les courbes, c’est bien beau, mais qu’est-ce que ça veut dire dans la vraie vie ? Il faut traduire ça en images.

J’ai donc construit une scène avec une dynamique de plus de 10 EV (comprendre : plus de 10 diaphs d’écart entre le point le plus lumineux et le point le plus sombre) en vue de comparer les photos prises par les deux types d’appareils. Il s’agit de divers objets sous la lumière d’une lampe avec un abat-jour métallisé, l’ampoule elle-même étant en dehors du champ. La pose a été prise en spot sur le bas de l’abat-jour.

Les chiffres et les petits rectangles portés sur l’image indiquent la luminosité (en EV) dans ces différents rectangles par rapport à la luminosité maximale. Ces relevés ont été faits avec le logiciel Raw Digger sur l’image raw prise avec l’EM-5 à 200 ISO. Tous les points autour de -8 à -9 EV devraient être difficiles à capter à 200 ISO par un Olympus ancien et totalement hors de portée à 1600 ISO. Bien entendu ces points sont très sombres et difficiles à voir dans une image, mais on peut être tenté de les faire venir en débouchant les noirs. On devrait alors être fortement gêné par le bruit.

Faute de E-30 sous la main, j’ai utilisé un EP-2, me fiant à l’affirmation générale que ces deux appareils ont le même capteur. Bien sûr, Olympus s’est toujours targué d’améliorations pour chaque nouveau modèle, mais DxoMark les crédite des mêmes performances. Il est certain qu’en bonne logique, j’aurais dû relever les courbes S/B du EP-2 , mais cette opération est une vraie corvée que je n’ai pas voulu m’infliger. Bref, peut-être les courbes du EP-2 sont–elles (légèrement ?) meilleures que celles du E-30, mais cela n’a pas d’importance pour ce qui suit : on y fait une comparaison pratique de l’EM-5 et de l’EP-2.

3 – L'EP-2 se comporte fort vaillamment à 200 ISO

La comparaison de JEPG bruts d’appareil réserve une petite surprise. Les deux boitiers ont été tout deux réglés avec le rendu « naturel ».

Comme attendu, le gros de l’image est très sombre, mais, paradoxalement, on y voit (un peu) mieux avec l’EP-2 qu’avec l’EM-5. La rançon est que le fond d’image n’est pas aussi noir qu’il le devrait.

La clé du mystère est révélée par les histogrammes portés en insert pour les deux images : l’EM-5 coupe carrément l’histogramme sur la gauche, mais pas l'EP-2. L’effet est qu’on voit un peu mieux les objets sombres, mais aussi qu’on ne coupe pas le bruit non plus. Choix différents dans les logiciels des deux boitiers…

Si on se met en tête de déboucher les noirs, il faudra impérativement commencer par refaire les niveaux dans l’image de l’EP-2 pour couper ces pixels de bruit indésirables. Ensuite, on arrivera à des résultats assez voisins avec les deux appareils (et donc fort honorable pour le «vieux» EP-2), du moins à première vue :

Si on regarde de plus près, on sent aisément que les tons sombres sont bien plus bruités ave l’EP-2 qu’avec l’EM-5. Ce bruit monterait encore bien plus haut si on essayait de déboucher encore davantage les tons sombres.

Ne pas oublier que la réduction de taille pour passer à 650 px (largeur des images dans cet article) entraine une réduction notable du bruit dans l’image ; ce bruit est beaucoup plus présent dans les images originales en 4000 px.

4 – L'EM-5 triomphe en haut ISO

Avec les images précédentes, on pourrait dire que le EP-2 ne se débrouille pas si mal que ça avec ce genre d’image… si on peut opérer en bas ISO et bénéficier d’un maximum de dynamique. On est gêné dans les tons les plus sombres, mais c’est tolérable (et cela sans faire appel aux logiciels anti-bruit). On va voir qu’il en est tout autrement si on est obligé d’opérer en haute sensibilité. Ci-après, nous comparons ce que donnent l’EP-2 à 1600 ISO et l’EM-5 à 3200 ISO sur cette même scène.

Voici tout d’abord les image brutes d’appareil :

On constate à nouveau que l’histogramme des tons sombres n’est pas coupé par l’EP-2 comme il l’est par l’EM-5 (et il faudra le couper avant de déboucher les noirs car tous ces pixels très sombres ne sont que du bruit).

Après débouchage (musclé) des noirs, on obtient ce qui suit :

Cette fois, il n’y a pas photo : alors que l’image de l’EM-5 reste propre, celle de l’EP-2 est extrèmement bruitée dans les tons qu’on a remontés. Il y a même des détails très sombres qui n’apparaissent plus du tout comme la paire de lunettes tout à gauche et son pot (rien d’étonnant dans la mesure où ces détails sont autour de -10 EV en luminosité dans l’image et donc carrément en dehors de la dynamique de l’EP-2)

5 – Deux remarques pour finir

(1) Tout d’abord, on ne gagne pas grand chose sur un EP-2 en haut ISO si on part du RAW. On aurait pu s’en douter, car le problème est de séparer les bons pixels du bruit dans les tons sombres et il n’y a rien d’utile dans les tons les plus sombres du RAW qui n’auraient pas pu passer dans le JPEG. Pour les sceptiques, rien ne vaut d’essayer quand même :

Tant qu’à faire, j’ai essayé de débruiter afin d’obtenir une image la plus propre possible. Le brouillard multicolore a disparu, mais pour céder la place au flou. Les lunettes qui avaient disparu tout à gauche ne sont pas réapparues — on voit juste une trace très légère et non identifiable.

(2) Ensuite, il ne faudrait pas croire qu’il n’y a plus de problème de bruit avec l’EM-5. Si on ne le voit pas dans les images précédentes, c’est seulement que la réduction de taille (4600 px ramenés à 650 px) s’accompagne d’une forte réduction du bruit. A 100% d'échelle, après remontée des noirs, oici ce qu'on obtient autour des lunettes :