Sony Alpha 7S III, Dual ISO ? pas "vraiment"

Depuis la sortie de l'Aplha 7S III, de nombreux utilisateurs ont relevé une brusque amélioration du bruit à ISO 12800 et l'hypothèse de la présence d'un Dual ISO natif à 800 et 12800 a été avancée, mais sans confirmation par Sony.
Nous avons passé le nouveau boîtier full frame Sony à la TestBox, et en avons profité pour tirer au clair la présence ou pas d’un “Dual ISO” dans l’appareil photo.

Rappel : c'est quoi le Dual Iso ?

Avant de répondre à la question posée, une définition de ce qu’on peut appeler Dual ISO s’impose.

On parle de Dual ISO quand une machine n’a pas un seul ISO natif, mais deux : du gain analogique permet de simuler la sensibilité de ces deux réglages ISO (comme si on changeait véritablement de pellicule).

La répartition de la gamme dynamique est exactement la même pour ces deux ISO (pour un gamma utilisé, en général le Log).

Mais “Dual ISO”, ça sous-entend aussi que les autres ISO sont des interpolations de ces deux valeurs analogiques, du gain numérique (on pourrait réaliser la même chose en postproduction). Ces corrections de tirages numériques permettent de consacrer volontairement une part plus ou moins importante de la dynamique aux hautes ou aux basses lumières, de décider de la répartition de la dynamique.
Pour faire le tour du sujet des ISO en vidéo, nous vous recommandons la lecture de cet excellent article Les ISO en vidéo : le guide complet !! | Tutos qui regorge d’informations sur le sujet des ISO en vidéo.


Voilà le décor est posé. Alors l’A7S3 a-t-il un Dual ISO ?

Et bien non, pas vraiment... Il n’a pas seulement deux ISO "analogiques” mais il en a autant qu’il a de paliers d’ISO (au-dessus de 800 ISO). On pourrait aussi dire qu’il est “multi-ISO natifs”.

Du gain analogique à chaque pallier d’ISO

Pour le constater, nous avons testé la dynamique du boîtier, non pas uniquement à 800 ISO (640 / 800 en gamme iso étendue), mais à tous ses paliers principaux (1600, 3200, 6400, etc.), en gardant l’exposition constante (montée compensée) pour pouvoir comparer facilement les résultats.

Si l’A7S3 est Dual ISO, on devrait voir :

• une répartition de la gamme dynamique strictement identique à 800 et à 12800 ISO
• entre les deux et au-dessus de 12800 ISO un déplacement progressif de la gamme dynamique vers les hautes lumières ou les basses lumières (à la condition de pouvoir sélectionner un des ISO base, d’une manière ou d’une autre, et l’A7SIII ne le propose pas).

Voici notre mesure de la dynamique à 800 ISO en S-Log3, en UHD 25p AVC-S I, 4:2:2 10bit (qui au passage est de 13 diaphs utiles ) :



Et celle à 12800 ISO :



On constate qu’on a exactement la même répartition de la dynamique, on peut le voir en repérant le deuxième palier en partant du haut, qui correspond au patch n°2 de notre dispositif de test de dynamique, sur lequel on a mis un petit bout de scotch :

Ce patch se trouve exactement au même endroit sur le waveform.

Bien sûr, le bruit monte, on le voit aux “patchs” (les marches dans le waveform) qui se sont épaissis mais l’image obtenue est très “propre” pour ce niveau d’ISO, avec notamment un seuil de bruit quasiment de la même épaisseur, voire plus fin, qu’à 800 ISO.

On pourrait se dire, très bien on a du Dual ISO. Mais pour les paliers d’ISO se situant entre ces deux niveaux, et bien, surprise, la répartition de la dynamique est également la même !

Ex à 6400 ISO, on retrouve notre patch au même endroit :



Chacun de ces paliers d’ISO (1600, 3200, 6400, mais aussi 25600, 51200, etc.) sont donc, eux aussi, des sensibilités simulées par des procédés analogiques : du gain analogique.


Avec l’A7SIII, plutôt que le Dual ISO, Sony a donc fait le choix du gain analogique (ou “multi ISO natifs”), comme pour ses versions précédentes, A7S et A7SII, certainement pour pouvoir atteindre de très hautes sensibilités (ce que la technologie Dual ISO ne permet pas).

Remarquons aussi que le réglage ISO peut être considéré comme un véritable paramètre d’exposition, ce qui est probablement la manière la plus simple d’appréhender ce réglage de la sensibilité.

Par contre, contrairement à ce qui est généralement constaté sur avec un usage du gain analogique sur tous les ISO principaux (un rapport signal/bruit qui se dégrade progressivement, même si jamais de façon totalement linéaire : certains ISO donnent des résultats légèrement meilleurs que d’autres), ici, on se retrouve avec une dégradation rapide de ce rapport signal/bruit entre 800 et 6400 ISO, pour remonter d’un coup à 12800 et redescendre ensuite sur les palliers suivants.

On obtient ainsi à ISO 6400 un seuil de bruit plus important qu’à ISO 51200 :

Dans la vraie vie, sinon, ça donne quoi ?

Voici les mêmes tests réalisés sur une scène réelle (ou ce qui y ressemble), avec notre chère mannequin Carole au premier plan, et une fenêtre derrière elle (décor transparent rétro-éclairé) pour créer un contraste élevé sur la scène.

A ISO 800, f/8.0, 1/50ème, Carole est sous-exposée, pour faire entrer toute la dynamique dans l’image.

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En post-prod, on applique la lut de conversion S-Log3 vers REC709 :

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A ISO 1600, 3200 et 6400, donc entre les deux ISO supposés “natifs”, si on était en présence d’une caméra Dual ISO (ex: FX9, Blackmagic Pocket 6K), monter les ISO (en compensant l’expo) déplacerait la dynamique vers les hautes lumières, dévoilant plus de détails dans la fenêtre.

Sur l’A7S III ce n’est pas ce qui se passe : la répartition de la dynamique reste constante, la fenêtre est toujours surexposée de façon identique.

Par contre on a plus de bruit, ce qui est logique car on amplifie de plus en plus le signal.

1600 ISO (compensé au diaph)

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ISO 3200

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ISO 6400

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Arrivé à 12800, on observe toujours le même comportement : la répartition de la gamme dynamique reste constante, on ne voit toujours pas plus de hautes lumières, la fenêtre est surexposée de la même façon, mais le bruit est inférieur.

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Au-dessus de 12800 ISO, rebelote, répartition de la dynamique constante, augmentation du bruit.

ISO 25600

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ISO 51200

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Mais alors que se passe-t-il à ISO 12800 ?

Il s’agit peut-être de de la technologie "Dual Conversion Gain", ou une autre technologie du même type.

Le Dual Conversion Gain (encore un dual :-D) a été développé par Aptina il y a une dizaine d'années, et breveté (racheté ?) ensuite par Sony pour ses capteurs.

Cette techno s'appuie sur l'activation de deux formules différentes de conversion du signal A/D (analogique vers numérique, donc à la sortie du capteur) en-dessous et au-dessus d'un certain niveau d'ISO, avec pour chaque formule des seuils différents de conversion du bruit (et donc un meilleur rapport signal bruit).

Il est alors question d’une plage d’ISO “Low Sensitivity” et d’une plage d’ISO “High Sensitivity” en-dessous et au-dessus du niveau d’ISO pivot. Et justement, Sony aurait évoqué un traitement nommé “High Sensitivity” sur l’Alpha 7S III, peut-être un indice....

Pour ceux qui auraient envie d'en savoir plus, il est décrit ici (attention mode hyper geek activé) : Sony A7S DR-Pix Read Noise

De l’EI en-dessous de ISO 800 en Log !

On a voulu voir ce qui se passait au-dessous de 800 ISO. On a donc réalisé un 2ème test séparé, en repartant de 800 et en descendant, toujours à exposition constante, à ISO 400 puis ISO 200.
Et là, il se passe autre chose d’intéressant : la répartition de la dynamique se modifie, on perd des hautes lumières. La gamme dynamique se “déplace” vers les basses lumières. On voit que la fenêtre est plus saturée à ISO 400, et encore plus à ISO 200 qu'à ISO 800, on a perdu des détails dans les vitraux. Par contre, le niveau de bruit de la scène diminue.

ISO 800 (f/2.0, 1/50)

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ISO 400 (f/1.4, 1/50)

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ISO 200 (f/1.4, 1/25)

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En-dessous de 800, qui est l’ISO “analogique” minimal (en Slog-3) de la caméra, les ISO ne sont donc plus “analogiques” mais “numériques”. Ce qu’on appelle de “l’EI” sur les caméras pro Sony par exemple.

Ce déplacement de la gamme dynamique se visualise très bien sur le waveform du test de dynamique.

ISO 800 pour mémoire, on voit bien tous les "patchs" sur le waveform, le plus haut est autour de 900 :

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ISO 400, le signal est coupé à environ 840 sur le waveform, on a perdu le premier patch, qui est désormais saturé :

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ISO 200, le signal est coupé autour de 760 sur le waveform, on a perdu les 2 premiers patchs, qui sont désormais saturés :

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Attention, ce système d’“EI” n’est disponible qu’en Log, il n’est pas disponible en REC709. Et c’est logique, car en REC709, l’ISO natif est plus bas (160 ISO).

Conclusion sur le traitement des ISO dans l’Alpha 7S 3

Les résultats de ce traitement qu'on va nommer “High Sensitivity” qui se déclenche à 12800 ISO sont donc excellents puisqu’on obtient une baisse significative du bruit par rapport aux seuils précédents, pour une amplification supérieure du signal.

Le fait que la répartition de la gamme dynamique est inchangée à 800 et 12800 ISO permettra donc de soigner les basses lumières tout en préservant sa gamme dynamique, et donc de gérer un contraste élevé dans la scène.

On peut cependant regretter que le seuil de déclenchement de ce traitement ait été placé aussi haut.

En partant d’ISO 800, monter les ISO d’un 1 diaph oui, ça se passera sans problème, de 2 diaphs ok, mais selon la scène et l’exposition, il faudra penser à denoiser un peu, de 3 diaphs, il faudra certainement denoiser pas mal (où ne pas le tourner).
Par contre monter de 4 diaphs (12800) ou de 5 diaphs, ça se passera très bien grâce au pallier de 12800...

Placer le déclenchement du traitement à 6400 ISO ou même 3200 ISO l’aurait rendu plus facilement exploitable dans la vie de tous les jours, (mais moins spectaculaire sur les très hauts ISO).

A noter la possibilité en Log, pour une scène low light avec une faible dynamique de baisser les ISO en-dessous de 800, et donc de déplacer la dynamique vers les basses lumières pour réduire le bruit (au détriment des hautes, on ne peut pas tout avoir).