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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