mardi 30 novembre 2010

Astuce : du rapport entre framerate, résolution et conditions de luminosité

La GoPro HD, en vraie caméra d'outdoor, ne brille pas par ses performances en faible luminosité.

Partant du principe bien connu en photographie qu'il faut augmenter le temps d'exposition à ouverture égale lorsque les conditions de lumière décroissent, le blog Deep River (merci Gaëtan) s'est lancé dans une expérimentation intéressante après la parution du dernier firmware pour GoPro HD.

En effet, ce dernier a vu l'apparition d'un réglage permettant de passer d'un mode vidéo NTSC (standard américain) à un mode vidéo PAL (standard européen).
Quel rapport avec la prise de vue en faible luminosité ? Le standard NTSC prend 29.97 images/s quand le standard PAL est constitué de 25 images/s.

L'idée étant que plus la fréquence d'image est basse, plus l'exposition de chaque image durera longtemps, et donnera de meilleurs résultats en faible luminosité.
A cela, Deep River a ajouté un paramètre supplémentaire dans son expérience : la résolution d'image.

Nous avons voulu effectuer nous même le comparatif pour pouvoir en juger en tout indépendance.

Notre scène-test est constituée d'un renfoncement de mur blanc, dans lequel nous avons positionné une mire de calibration couleur de ce type (positionnement identique) :


Pour le reste, une lumière la plus constante possible (ben oui, c'est pas le CNRS ici, on fait avec les moyens qu'on a !) et des petits films en mode NTSC R2 (720p-29.97 i/s), R3 (720p-59.94i/s), R4 (960p-29.97 i/s) et R5 (1080p, 29.97 i/s) ; puis en mode PAL R2 (720p-25 i/s), R3 (720p-50 i/s), R4(960p-25 i/s) et R5 (1080p-25 i/s).

En post-production : une capture vidéo est extraite de chacun des films sur un plan "stabilisé" (la luminosité et les couleurs de l'image ne changent plus).

Voici ce que nous avons obtenu (cliquer sur l'image pour l'obtenir en plus grand) :

Ce qu'on voit :
Dans toutes les images, le mode PAL est effectivement plus efficace en faible luminosité.

Voici ce que cela donne en résolution native sur un extrait de 480 pixels (cliquer sur l'image pour mieux se rendre compte):
  • En mode R2 : c'est sans appel : la capture de la vidéo PAL est bien plus définie, les points de couleurs sur la mire sont largement plus nombreux.
  • En mode R3 : le mode R3, aussi bien en PAL qu'en NTSC, est un mode à éviter en faible lumière et pour cause : le nombre d'images par secondes est doublé, chaque image bénéficiant donc de moitié moins de temps d'exposition.
    Là encore, la différence est clairement visible. Le mode NTSC est gravement handicapé par ses 60i/s et l'image ressort toute noire.
  • En mode R4 : tandis que le blog de Deep River tend à dire que la combinaison PAL/960p est la meilleure possible en faible luminosité, on remarque pour notre part que la différence ici n'est plus si importante, et que si le PAL s'en tire mieux, on a en revanche perdu par rapport au mode PAL/R2, ce qui est contradictoire avec les conclusions de Deep River.
  • En mode R5 : c'est le mode où la différence PAL/NTSC est la moins flagrante. Toutefois on se rend bien compte en regardant la mire que les points colorés sont plus nombreux en PAL. Il y a donc bien un gain.

    Voici un recadrage à pleine résolution sur une surface uniforme afin de vérifier ces premières observations et le niveau de bruit :

Cela semble corroborer nos remarques précédentes.

Concernant la différence de conclusions entre nos essais et ceux de Deep River, les différences peuvent s'expliquer par des protocoles et conditions de tests différents (nous ne connaissons pas ceux de Deep River, mais on distingue parfois des différences d'ombres entre 2 mêmes modes, et nous ne connaissons pas la méthode de mesure de lumière utilisée).


Craignant que la mesure de lumière pondérée utilisée dans notre test ait pu influer sur les résultats en fonction des modes (le mode R4 960p cadre plus haut, le mode R5 1080p zoome légèrement), nous avons donc réalisé un deuxième test, cette fois en mesure "spot".

Conditions de test : lumière artificielle avec ampoule chauffée préalablement pendant environ 20 minutes (les ampoules n'émettent pas la même luminosité en début de fonctionnement et lorsqu'elles sont chaudes), modes PAL R2, R4 et R5, mesure Spot.

Voici les résultats obtenus :
vue générale :

Détails à 300x200px  de la mire à 100%:

 Et enfin détail sur surface uniforme :

Les détails de la mire sont réellement très proches entre tous les modes.
Les modes R2 et R5 semblent faire jeu égal sur le nombre de points visibles, avec évidemment une résolution supérieure sur le mode R5.
Sur l'image du mode R4, quelques points supplémentaires ont disparu et le bruit se fait un peu plus présent ; toutefois, compte-tenu du mode expérimental complètement amateur, on n'obtient pas de différence significative : c'est plutôt négligeable.

Conclusions :

Si vous étiez un inconditionnel du mode nord-américain NTSC (et bien que la norme en France soit le PAL sur les téléviseurs...), n'hésitez plus à passer en PAL dès lors que vous jugez la luminosité insuffisante.
Pour les autres, ne changez rien ;)

Et surtout, évitez de filmer en 60ou 50 i/s pendant les longues soirées d'hiver (NDR = dans des conditions sans lumière suffisante). Mieux vaut un film sans ralentis qui tuent plutôt qu'un film inexploitable !


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    14 commentaires:

    fafa a dit…

    Bravo pur ce test !

    Anonyme a dit…

    Bonsoir,
    En quoi filmer en 60 ou 50 i/s rend le film inexploitable?

    GoPro Cameras Hacks & astuces a dit…

    Anonyme ---> L'objet de l'article étant les conditions de faible luminosité, lorsque l'on parle d'éviter de filmer en 60ou 50 i/s pendant les longues soirées d'hiver on sous-entend bien entendu que ces modes ne sont pas appropriés aux scènes sombres.

    Il suffit de regarder les résultats du mode NTSC R3 dans l'article pour s'en convaincre, je pense.

    Pour le reste, dans des conditions d'éclairage optimales ces modes ont très clairement un intérêt.

    Quoiqu'il en soit, pour éviter toute mésinterprétation je viens de rajouter une précision à ce sujet dans l'article.

    Alex.Bar. a dit…

    Bonjour, je possède une GoPro HD avec le dernier BIOS. Cet article sur la gestion de la faible luminosité m'a beaucoup intéressé. Toujours sur le gestion de la luminosité j'ai 2-3 questions : Quand est ce que la GoPro fait sa mise au point sur la luminosité ? Au début de l'enregistrement ou en continu ? J'ai hier fait des vidéos au ski (dans les Pyrénées) par grand beau temps et les plans de neige en plein soleil (quasiment tous) sont complètement "cramé" (gros a plat de blanc - aucuns détails) alors que dans les passage sombre c'est "normal" . J'ai filmé en R2 et PAL (25img/s) mise au point CNT. C'est un problème à l'opposé de l'article "faible luminosité" mais y aurait il des pistes pour régler la GoPro HD en "forte luminosité" ? Enregistrement en NTSC (30 img/s) pour une exposition plus courte ? Début de l'enregistrement sur une zone en forte luminosité ? Merci d'avance de votre aide car sur le coup je suis assez déçu d'hier :-( - Déjà que cet été j'ai été déçu du flou en plongé (avec écran sphérique) ....

    GoPro Cameras Hacks & astuces a dit…

    Salut Alex,
    alors plusieurs choses donc :
    -La GoPro règle l'exposition en permanence
    -Pour la surexposition, toute l'image est crâmée ou bien seulement la neige (le ciel = expo normale) ?

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    1/Toute l'image est crâmée

    En principe, la GoPro ajuste la luminosité via un obturateur électronique (à confirmer).
    Il ne devrait donc en théorie pas y avoir de problème d'image entièrement cramée une fois l'ajustement fait ; tout au plus un phénomène stroboscopique dû à la grande vitesse d'obturation.

    Si c'est le cas, tu peux tenter l'utilisation d'un filtre polarisant ou d'un filtre gris neutre, qui abaisseront la luminosité captée par la caméra, par contre il faudra bricoler un peu.

    Certains préconisent effectivement le 60 fps à cette fin, mais pour ma part je ne crois pas que cela puisse avoir un effet : 1/60e de secondes étant largement plus lent que les capacités de vitesse d'obturation de la caméra, je ne vois pas en quoi cela peut influer. Mais je peux me tromper.

    Essaie de filmer de manière à ce que la neige prenne tout l'écran, si l'image n'est plus cramée après les quelques secondes nécessaires à l'ajustement de l'exposition, alors ton problème est celui dont nous parlons au point suivant.

    Pour certains autres, il ne faut pas exclure non plus un éventuel défaut : seul le SAV sera compétent en la matière.
    ___________________________________
    2/neige surexposée, mais ciel visible

    Là le problème est très différent.
    Il s'agit d'un simple problème d'exposition dû au contraste entre le ciel et la neige qui réverbère le soleil à certaines heures.

    Par exemple, si la caméra fait sa mesure sur un ciel bien bleu, elle va régler son exposition sur ce bleu assez sombre, mais le capteur ayant une dynamique limitée, ce qui est lumineux va ressortir complètement délavé.
    On ne peut pas obtenir une exposition parfaite à la fois pour les très hautes lumières et pour les ombres très sombres.

    Il faudra ici jouer sur le mode de mesure (spot ou centré) et régler la caméra pour que la mesure se fasse sur la neige (l'incliner un peu plus vers le bas), quitte à avoir des ombres un peu bouchées.

    L'utilisation d'un filtre polarisant ou gris neutre peut également aider.

    __________________________

    Si certains font des essais (nous n'avons encore jamais rencontré ce problème), n'hésitez pas à nous communiquer les résultats, cela peut faire un article intéressant, et utile pour les autres. (gopro.hacks@gmail.com)

    JEAN a dit…

    Bonsoir, moi aussi mes vidéos de ski sont "cramées", par grand beau temps( ciel bleu, plein soleil hier dans les Pyrénées). On ne distingue aucun relief sur la neige, alors que les passages à l'ombre sont excellents; J'ai une GoPro HD 960, et j'ai filmé en r2 et r3, enregistrement en PAL. Très déçu, j'ai commandé un filtre polarisant chez Stuntcam. affaire à suivre...

    GoPro Cameras Hacks & astuces a dit…

    Salut Jean, tiens nous au courant de tes essais !

    JEAN a dit…

    Bonjour, les filtres polarisants sont parfaits, les vidéos de neige et grand soleil des Pyrénées sont excellentes.

    GoPro Cameras Hacks & astuces a dit…

    Jean, quelle solution as-tu utilisé pour le montage de ton filtre polarisant ?

    gilles a dit…

    bonjour. J'ai la lentille plate et des gélatines UV et grisd neutre>. Mais est-ce que j'aurai le point en prises de vues à l'air libre ?

    JEAN a dit…

    Le filtre polarisant se met simplement à l'intérieur du boitier, il est très fin et tient tout seul. Il doit être possible d'acheter des filtres polarisants en feuille et découper au diamètre voulu.

    GoPro Cameras Hacks & astuces a dit…

    >JEAN = Ok, tu as une référence pour ce produit ?
    Pas de problème de vignettage ?
    Merci !

    >Gilles = la lentille plate permet des vidéos nettes aussi bien sous l'eau qu'hors de l'eau.
    à priori pas d'inquiétude à avoir.

    Ian a dit…

    Bonjour à vous, et félicitations pour ce site très instructif!

    voilà je viens d'acheter une GoPro 1080 et j'ai un petit souci, lorsque je filme en r4, l'image restituée est très bonne. En revanche lorsque je filme en r5, l'image est "bruitée" et il y a comme des quadrillages, elle n'est vraiment pas belle.
    Avez-vous une explication à cela ? Avez vous rencontré le même problème et comment y remédier ?

    merci par avance pour votre aide.
    Ian

    GoPro Cameras Hacks & astuces a dit…

    Bonjour Ian, as-tu un lien vers une copie d'écran, ou bien peux-tu nous envoyer un exemple à gopro.hacks@gmail.com ?
    difficile de se pronocer sans voir !