Les ISO en vidéo : le guide complet !!

GRG a publié un nouvel article:

Les ISO en vidéo : le guide complet !! - Les ISO, ISO natif, Dual native iso, mode EI : enfin tout comprendre, savoir exploiter au mieux et éviter les erreurs lors du tournage

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Merci Greg pour cet article. Je n’ai pas la chance de filmer avec une Canon EOS, ni d’approcher régulièrement des RED, et encore moins de glisser quotidiennement mon œil dans le viseur d’une ARRI, mais je trouve que ce tour d’horizon est instructif et motivant. Ni trop vulgarisant ni trop technique.

Pour ma part j’étais resté dubitatif lorsque j’avais découvert que ma toute nouvelle et tant désirée Pana AF101 avait deux modes : VIDEO CAM et FILM CAM. J’ai vite déchanté lorsque j’ai compris que le passage d’un mode à l’autre consistait simplement à changer le mode d’affichage des paramètres, typiquement dB/ISO et seconde/degré. La belle affaire… J’en ai déduit l’équation : "dB = ISO". Bien que je ne visse pas l’intérêt d'avoir fait coexister ces deux modes je m’en suis accommodé assez rapidement.

Ce que j’ai compris à la lecture de ton article, c’est que l'indice ISO est une grandeur globale, elle caractérise l’ensemble de la chaîne optoélectronique. J’ai donc cherché une définition de cet indice. Conclusion, il y en a… beaucoup !

Le document qui m’a le plus éclairé est celui-ci du CST rédigé avec le concours de l’Ecole Louis Lumière :
https://www.cst.fr/wp-content/uploads/2020/01/ETUDE-CAPTEURS-20190511.pdf

Il y aurait grosso modo deux manières de définir la sensibilité d’une caméra (et une multitude de méthodes pour la mesurer) :
- le seuil de lumination en dessous duquel l’image n’émerge pas du bruit (une sensibilité est donc toujours associée à un rapport signal bruit) ;
- le seuil de saturation.

Extrait (méthode sans objectif) :



Le cas de l'ALEXA montre bien ce sur quoi tu insistes dans ton article, à savoir que la sensibilité dépend du gamma. Explications probables : le gamma c'est un gain incrémenté sur la valeur du signal, le changer modifie le bruit donc la sensibilité. Par contre Jacques Gaudin semble affirmer au sujet du déplacement de l'étendue utile qu’une sensibilité faible privilégiera le rendu des hautes lumières et à l’inverse une sensibilité haute celui des basses lumières [figure 14]. Est-ce une erreur de frappe ? Quoiqu’il en soit, la qualité d’un rendu est une notion très subjective…

Je me suis amusé à regarder comment les fabricants informaient sur la sensibilité. Le moins qu’on puisse dire, c’est qu’ils ne se sont pas du tout concertés, les comparaisons sont presque impossibles...

 

Je relirais l'étude CST lorsque j'aurais plus de temps, j'ai tout de même regardé rapidement, et il me semble que Jacques Gaudin évoque le clipping du Log plutôt qu'autre chose (je me suis tordu le cou a regarder la figure 14, astucieusement mise en page...). Pour moi, on constate bien le contraire, justement sur cette illustration (si on regarde la part de la dynamique consacrée en fonction de la sensibilité). C'est peut-être une coquille, ou quelque chose qui m'échappe.

Plus loin, on peut constater qu'avec un Nikon D810, ça se passe, dans les grandes lignes, comme avec une Alexa : "Il est possible, bien-sûr, d’augmenter la latitude vers les basses lumières en choisissant une sensibilité moins forte mais dans ce cas là, c’est dans les hautes qu’on aura moins de marge de manœuvre".

Tu as raison de souligner que tous les constructeurs ne jouent pas le jeu. Par exemple, chez Red, ils sont moins sérieux, à ce niveau, que chez Blackmagic... Au passage il semblerait que l'URSA Mini Pro G2 dispose d'un capteur proposant une sorte de DGO/DAG (un capteur Sony modifié, si j'ai bien compris), ce qui explique certainement les bons résultats obtenus lors de la mesure de la dynamique utile de cette caméra (voir Cinema5D).

J'en profite pour préciser que n'ayant pas trouvé de données précises (au sujet de la distribution de la dynamique selon la sensibilité) concernant le GH5S, ou le S1H, j'ai soigneusement évité de trop m'avancer... À priori, ça marche (encore une fois, dans les grandes lignes) comme une BMPCC4K ou une Venice, mais ça reste à vérifier (on pourra peut-être regarder cela via la TestBox du Repaire, à l'occasion).

On peut se débrouiller pour se faire une idée du fonctionnement de sa machine, assez simplement (même si c'est bien plus agréable lorsque c'est documenté par le constructeur). Par exemple, avec un Canon 1DX Mk III, en CLog, l'ISO natif est 400. Si on essaye de baisser cette sensibilité, on constatera rapidement qu'on ne le peut pas. Alors qu'avec un gamma standard, on peut. C'est donc que la machine n'intègre pas le gain numérique, uniquement du gain analogique (comme un Sony A7 ou un GH4).

Pour juger de l'effet du gain analogique, il faut réaliser plusieurs expositions (monter dans les ISO), corriger en postproduction, et constater l'impact sur le niveau du bruit. On peut aussi essayer de voir s'il y a un "déplacement" de la dynamique.

L'important c'est de comprendre comment fonctionne sa caméra (l'exemple de l'Alexa n'a d'intérêt que parce qu'il est caractéristique d'un des fonctionnements que l'on peut rencontrer, et que le constructeur communique à ce sujet), et d'utiliser les bonnes stratégies d'expo, en fonction.

 

On pourrait rajouter le lien vers cette discussion connexe:
Sony Alpha 7S III, Dual ISO ? pas vraiment... | Tests

 

Bonjour,

Tout d'abord merci pour cette mine d'information ! C'est sûrement la source la plus complète que j'ai pu trouver en français, rien que pour ça déja un énorme merci !

J'essaie d'affiner ma comprehension de la notion d'iso et de sa relation avec la plage dynamique mais je bute toujours sur les 2 mêmes questions qui aparaisse si simples mais pourtant primordiales.

1 - Comment un fichier raw peut garder sa plage dynamique (afficher le même nb de stops) peu impirte s avaleur d'iso ?

Même si les iso ne sont qu'une metadata (avec un gain purement numérique). Par exemple si j'ai une caméra fictive avec une plage dynamique de 6stops et que je filme une scene a une bien plus grande plage dynamique. Je filme a 800iso qui est disont sont iso natifs, et qu'en post prod je decide de changer finalement et de passer a 200iso (soit 2ev en dessous) d'où viennent les informations de ces fameux 2ev qui apparaisse sur mon image ? Est ce que ça signifie que ma camera capture en réalité une bien plus grande plage dynalique en raw que celle qu'il m'affiche lorsque je selectionne mes iso ?

2- Pourquoi lorsque je change les iso ça décale la repartition de ma plage dynamique (et d'autant plus dans ce sens)?

Cette question est directement corrélé a la premiere car si on reprend l'exemple de la camera fictive et qu'on dit qu'a chaque fois que je monte d'un EV mes iso, je perds un stops en shadows et en gagne un en highlights. Lorsque je passe de mes 800iso a 1600: je decale alors mon gris neutre d'un ev (puisque mes iso sont directement relié a la valeur de mon gris neutre) et en plus de ça je perds un ev en shadows et en gagne un en highlights. Résultat je me retrouve alors avec 2ev dont je n'avais pas les informations affiché avec mon image a 800iso?

Ça fais beaucoup trop longtemps que je bloque sur ces notions, je suis prêt a payer en chocolat ou en bouteille de vin ceux qui seront m'éclairer

 

Dans le cas où la caméra ne dispose pas de gain analogique ou d'un dual ISO (par exemple, avec une Alexa ou une RED Epic), en fait, il n'y a qu'un seul et unique ISO de disponible, même si une autre valeur est affichée.

Le brut (le RAW) du capteur est donc toujours le même, le reste, c'est juste de l'affichage (de la correction de tirage, de l'EI, on pourrait assimiler cela à une LUT). Qu'on tourne à 200 ISO à ou 1600 ISO, le RAW tourne toujours à 800 ISO (c'est un exemple), le signal vidéo sera définitivement affecté par un choix de sensibilité, le RAW, non...

Toujours dans le cas le plus simple (pas de dual ISO, ni de gain analogique), comme la caméra ne tourne qu'avec un seul et unique ISO, pour simuler un changement de sensibilité, on "sur-développe" le signal, ou on le "sous-développe" (en réalité, c'est une correction de gamma), exactement comme on pouvait laisser plus longtemps une 200 ASA dans la chimie (ou moins longtemps que préconisé).

Cela se traduit par un "glissement" de la dynamique, soit vers les hautes lumières (on augmente la sensibilité), soit vers les basses lumières (on diminue la sensibilité). Le capteur voit x diaphs, ni plus ni moins, peu importe l'ISO, juste, on décide de comment on profite (on distribue) cette dynamique...

C'est une réponse un peu à l'arrache, hein, histoire de "faire simple".

 

Wouah merci, je m’attendais pas à une réponse aussi rapide sur un post d’il y a plus de 3ans déjà ! Je l'ai vraiment écris comme une bouteille à la mer

Je crois comprendre ce que tu veux dire, je m’étais fais la réflexion si j’essaie de la mettre en graphique ça donnerait quelque chose comme ça (sous la forme d’un waveform qui réagirait à une image d’une charte de dynamique range ):

/!\ graphique fais avec les moyens du bord en approche







Ce qui expliquerait pourquoi je n'arrivait pas l'expérimenter avec un false color pour les stops 1 et 2 à 3200iso car j'avais l'impression que ces 2stops clippaient, alors qu'ils se "courbent" ou s'aplatisse à l'approche de la valeur maximale.

Ce qui me surprend c'est que je n'ai jamais entendu parler ou vu de schéma montrant des courbes de gamma ou autre types de courbes qui se modifie selon l'iso sélectionner, dans l'idée ça donnerait quelque chose de manière très simplifié dans ce style:


Est ce que t'aurais un lien où je pourrais trouver ce genre de chose?

 

L'OETF (la fonction qui transforme l'information lumineuse en signal électrique dans la caméra) est toujours concave. C'est l'EOTF (pour l'affichage) qui est toujours convexe. On a aussi OOTF proche de 1.



En valeurs normalisées (les valeurs des signaux sont ramenés entre 0 et 1) ça donne les allures suivantes :


spacesRGB User Guide

Ceci est le cas pour les tubes cathodiques jusqu'au HDR (HLG et PQ).

Doc. de référence UIT pour le HDR :
BT.2100 : Valeurs des paramètres de l'image dans le cas de systèmes de télévision à grande plage dynamique à utiliser pour la production et l'échange international de programmes
pdf
https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/bt/R-REC-BT.2100-2-201807-I!!PDF-E.pdf

Concernant le gain (IE) et la répartition de la dynamique de part et d'autre des 50 % du signal caméra, j'ai fait ça (doc. perso) :


On voit que lorsqu'on monte le gain, la part de la dynamique au dessus des 50 % du signal caméra augmente.

Cela pourrait s'expliquer par le fait que l'OETF est d'autant plus concave que l'IE est élevé.

Mais attention, monter le gain c'est avant tout quand il n'y a pas assez de lumière (lumination faible) et non pas quand il y en a beaucoup !

En brut (raw) pas de gamma ; donc on a toujours moitié/moitié en dessous et au dessus des 50 % du signal caméra.

 

Je pense pas être d'accord avec toi ou alors je comprends mal ce que tu veut dire?

Il me semble que l'OETF est une valeur (ou devrais je plutôt dire courbe fixe) dû à la physique des télé cathodique de l'époque et qu'on la conserver afin qu'une vidéo puisse être affiché de la même manière à la fois sur nos écrans actuelles et sur ces fameuse télés.

Je le schématiserait comme ça:



S'il existe bien ce qu'on pourrait appelé une "courbe iso" (encore une fois hypothétique puisque je n'ai encore jamais vu ou entendu parler d'une courbe gamma ou autres qui varierait selon l'iso choisit mais qui pour l'instant est la seule explication plausible que je trouve aux effets observables) elle serait totalement indépendante de celle ci.

De plus comme tu le dit

or bien qu'en photo l'iso natifs est souvent un des iso le plus bas que propose la caméra c'est pas le cas avec nos appareils cinéma. Ce qui signifie que lorsqu'on descend nos iso en post prod notre gris neutre en entrer (qui était bien exposé à notre iso natifs si on a fait notre exposition pour cette valeur) sort en dessous (il est sous exposé si on veut)

 

L'IE est un paramètre qui translate la courbe. Donc de fait l'IE influence l'OETF (mon hypothèse ). Chez ARRI j'avais trouvé ça :

Attention : ici l'échelle est log-log.

On s'aperçoit par ailleurs que le haut de la courbe n'a pas la même forme à 3200 ASA qu'aux autres IE. Coude ? ce qui expliquerait peut-être la tassement en haute lumière avec certains appareils...

 

Qu'est ce que vous appelez IE? La manière dont je l'interprète c'est qu'il s'agit de la valeur donnant un équivalent de sensitivité (comme les ISO) décidé par le constructeur? (en gros c'est les ISO mais avec l'échelle choisit par les constructeur de la caméra)

Graphique super intéressant !
En cherchant rapidement j'ai vu qu'on le trouve sur le white paper d'arri sur leur log https://vfx-web.hdm-stuttgart.de/do...:2012-08-02_alexa_logc_curve-usage_in_vfx.pdf et le dossier d'étude des capteurs du CST https://benoitmars.com/wp-content/uploads/blog/documents/Etude-capteurs-CST.pdf

Je vais me plonger dedans pour essayer de voir ce qu'on peut en tirer

 

IE (EI en anglais) serait l'indice d'exposition, en ASA ou ISO... Il y a de nombreuses définitions...
Merci pour avoir retrouvé ces documents !

Première lecture (à l'arrache) :
- ils évitent d'écrire la formule avec l'orthographe mathématique habituelle (pour brouiller l'info ?)
- mais il semblerait que cette OETF, dite "log", soit en fait "hybride" ; la valeur qui délimite les deux parties de la dynamique serait appelée "cut" ;
- comme prévu la fonction est paramétrable, notamment par la valeur de l'IE.

(j'efface mon post si j'ai dit une c....ie)

 

(2e lecture + graphes excel)

En effet, pour le LogC (ARRI) la fonction transfert OETF dépend explicitement de l'IE ; c'est le coefficient a (qui vaut en l'occurrence ici IE/4).

L'équation de la courbe (partie log) est : y = c . log(a.x + b) + d
J'ai tracé seulement pour 200 ASA, 400 ASA, 800 ASA :



(1er graphe abscisse linéaire // 2e graphe abscisse logarithmique, 1 pour la saturation)

On remarque que ça clippe d'autant plus bas que l'IE est bas. Cela pourrait être dû à la saturation du capteur lui-même .
Pour une caméra basique la saturation peut être atteinte avant celle du capteur, c'est pour ça que j'avais mis jusqu'à 100% en sortie dans l'image du post 9 ().

NB : l'arrondi du pied de courbe (visible en échelle logarithmique du doc. ARRI) est dû à la partie linéaire de l'OETF que je n'ai pas représentée.