Dès que l’on cherche à exposer correctement une photo, les ISO apparaissent comme un réglage incontournable du fameux triangle d’exposition. Pourtant, leur rôle reste source de confusion, surtout lorsqu’on passe de l’argentique au numérique. Mais que sont réellement les ISO, comment influencent-ils nos images, et pourquoi est-il essentiel de distinguer ISO natifs et ISO étendus ?
De la pellicule argentique au capteur numérique
Historiquement, ISO c’est l’acronyme de « International Organization of Standardization« . Cela date de 1947, à l’époque de la photo argentique, quand les fabricants d’appareils photo et de pellicules avaient besoin d’homogénéiser les mesures de sensibilité des pellicules pour remplacer les DIN (allemands) et les ASA (américains). Il fallait (en théorie !) la même quantité de lumière (temps d’exposition et ouverture du diaphragme de l’objectif) pour exposer correctement des pellicules de 400 ISO de deux marques différentes.
En argentique, c’est la pellicule qui par sa chimie et par la taille des grains est plus ou moins sensible à la lumière. Cela crée une confusion chez beaucoup de photographes qui pensent que quand on modifie le réglage des ISO sur un appareil photo numérique, on modifie la sensibilité du capteur. Il n’en est RIEN.
De la scène à la photo
Le capteur est unique dans un boitier photo et on ne peut en aucune façon modifier sa capacité à capter plus de lumière avec une molette. Quand on règle les ISO, on modifie la façon dont le boitier va amplifier et convertir le signal lumineux reçu par le capteur en signal électrique.
Schématiquement, on peut dire que le réglage des ISO, c’est celui de l’amplification électronique du signal reçu par le capteur. Celui-ci a deux composantes : le « signal-vrai », qui est celui qui nous intéresse, et le bruit produit par le capteur.
Le rapport entre les deux, c’est ce qu’on appelle le rapport signal-bruit (RSB) et il doit être le plus grand possible bien sur.
Malheureusement, le réglage des ISO amplifie ces deux composantes.
Le signal électrique est ensuite converti en valeurs numériques qui sont traitées par le processeur de l’appareil. A ce stade, il peut y avoir en plus un traitement pour amplifier, ou au contraire diminuer ce signal avant de l’écrire dans le fichier raw.
Dans un boitier à ISO variable, le gain analogique (l’amplification) du capteur varie en fonction du réglage des ISO.
Plus on augmente les ISO, plus on amplifie le signal mais également le bruit. Cela se traduit par un grain plus visible et une qualité d’image réduite aux hauts ISO.
La façon dont cette amplification est réalisée par les boitiers modernes a considérablement progressé depuis les premiers appareil numériques, de façon à diminuer le bruit de lecture du capteur (augmenter donc le RSB), jusqu’à la notion d‘ISO invariance, (ou de quasi invariance pour être plus réaliste).
Pourquoi parle-t-on d’ISO « natifs » et d’ISO « étendus » ?
Iso Natifs
Les ISO natifs correspondent aux valeurs de sensibilité que le capteur de l’appareil photo peut gérer directement, sans traitement numérique supplémentaire par le processeur du boitier. C’est la plage sur laquelle le capteur fonctionne de manière optimale. Par exemple de ISO 160 à 12800.
– la dynamique (capacité à enregistrer des détails dans les ombres et les hautes lumières) y est optimale (même si elle diminue quand les ISO augmentent,
– le bruit numérique est minimal
– la couleur est la plus fidèle.
Par abus de langage, on parle souvent de l’ISO natif (au singulier) pour la plus basse valeur de cette plage car c’est là que le bruit numérique est le plus faible. Sur beaucoup d’appareils photos modernes, il est souvent à ISO 64 ou100, parfois 160 (Fujifilm) ou 200 (Olympus/Panasonic).
Les capteurs qui utilisent la technologie de « dual conversion gain » (voir l’article sur l’ISO invariance)sont caractérisés par deux ISO natifs privilégiés.
ISO étendus
Sur beaucoup de boitiers modernes, il y a également des valeurs d’ISO dites étendues. Elles sont obtenues par un calcul logiciel dans l’appareil. Cela concerne aussi bien les faibles valeurs d’ISO (25, 50…) que les valeurs très hautes (51200, 102400).
Si les ISO natifs sont à 100, pour obtenir les valeurs 50 ou 25, l’appareil « triche » en sous-exposant et en corrigeant ensuite numériquement.
Pour les iso étendus vers le haut, le boîtier prend une image déjà faite à son ISO natif le plus haut (par exemple12800) et applique un gain numérique (équivalent au fait de pousser l’exposition en post-traitement). Cela rajoute du bruit et réduit la qualité, sans aucun bénéfice supplémentaire côté dynamique.
Limites de la montée en ISO
Nous avons vu dans l’article sur le bruit numérique que celui-ci augmente quand on augmente les ISO.
Mais il y a un deuxième problème quand on augmente les ISO : la dynamique diminue.
On peut visualiser cela sur les courbes du site Photons to photos qui permettent de comparer plusieurs appareils.
NB : Sur ces courbes lorsque les symboles sont ouverts, il s’agit de réglages d’ISO étendus
J’ai choisi ci-dessous 5 boitiers :
– Celui a la plus forte dynamique du marché (Phase One IQ’ 150 MP)
– Deux pro : le Nikon Z9 et le Sony ILCE-7RM3
– Le Fuji XT4, capteur APS-C sorti en 2020 (parce que c’est celui que j’utilise !)
– Le Nikon D1, appareil réflex très ancien
Plage dynamique en fonction du réglage des ISO
En abscisse (axe horizontal), les ISO réglés sur le boitier. En ordonnée (axe vertical), la dynamique du capteur, exprimée en log à base 2 des stops (ou EV ou diaph, c’est pareil). Une unité correspond à un doublement de la luminosité.
On observe que la dynamique diminue fortement quand on augmente les ISO, et cela est vrai pour tous les appareils.
Mais pour avoir une dynamique de 6, ce qui correspond à un écart de luminosité d’un facteur 64 entre les hautes et les basses lumières, on est à moins de 400 ISO pour le Nikon D1, environ 5000 pour le FUji XT4, 6000 pour le Nikon Z9, 8000 pour le Sony et 25600 pour le Phase One !
A 102400 ISO (ISO étendus), la dynamique n’est plus que de 2 stops pour le Z9, 3 pour le Sony ! Autant dire qu’il ne faut pas chercher à photographier une scène à trop fort contraste dans ces conditions.
Travaux pratiques
Prise de vue
Rien ne vaut de faire les tests soi-même ! Pour ça, j’ai composé une scène avec deux statuettes en contrejour. En mode auto, priorité ouverture, sur le Fuji XT4 j’ai fait varier les ISO de 80 (ISO étendu vers le bas) à 160 (ISO natif bas), 800 (second ISO natif), 12800 (ISO le plus haut de la plage des ISO natifs), 25600 et 51200 (ISO étendus vers le haut).
Pour mieux visualiser les différences de dynamique, j’ai coché la case HDR dans le module développement de Lightroom. Ceci permet de bien voir la « réserve » de hautes lumières : l’étendue de ce qui a été enregistré par le capteur mais qu’on ne peut pas restituer avec un écran standard (SDR). Voici les 6 histogrammes correspondant aux photos ci-dessus :
A 160 ISO, comme à 800 ISO, qui sont les deux valeurs des ISO natifs de référence pour le dual gain sur cet appareil, on voit des histogrammes quasi identiques. Les tons sombres ne sont pas écrêtés (ils ne touchent pas le bord gauche), il y a beaucoup de détails dans les hautes lumières qui ne sont pas non plus coupées. A 12800 ISO qui est la valeur la plus haute des ISO natifs pour ce boitier, les hautes lumières sont moins fortes, avec encore des détails mais moins qu’à 800 ISO. Mais les tons sombres sont en partie écrêtés.
Post traitement
Les photos prises dans la gamme des ISO natifs ont donc une bonne dynamique et on a une large latitude de post traitement pour déboucher les ombres, récupérer le ciel qui semble surexposé (même si ce jour là il n’y avait pas grand chose à y récupérer 😁).
A 80 ISO, qui est une valeur d’ISO étendue vers le bas, si les tons sombres sont corrects, on a une grande perte de détails dans les hautes lumières. Il est impossible d’y récupérer des détails dans le ciel
Aux ISO étendus 25600 et plus encore à 51200, on a une très forte diminution des hautes lumières, même s’il y reste des détails, ainsi qu’un écrêtage des basses lumières. Et bien sur, le bruit y est très élevé.
Quand cela est possible, mieux vaut faire un bracketing d’exposition aux ISO natifs les meilleurs et fusionner les expositions comme ici avec 3 expos à 160 ISO fusionnées dans lightroom.
Quand utiliser les ISO étendus ?
Il est recommandé de travailler autant que possible aux ISO natifs.
Mais dans certains cas cela peut être intéressant d’utiliser les ISO étendus :
ISO étendus vers le bas :
En plein soleil pour garder une grande ouverture sans surexposer, pour un portrait par exemple.
Quand on n’a pas de filtre gris neutre (ND) et qu’on veut faire une pose assez longue pour réaliser un filé d’eau ou de ciel.
Inconvénient : Cela entraine une perte de dynamique et les hautes lumières “crament” plus vite.
ISO étendus vers le haut :
– Dans des conditions de faible luminosité quand on doit garder un temps de pose permettant une image nette. Mieux vaut une image bruitée que pas d’image du tout…
– En astrophotographie, quand il faut faire la mise au point, ou chercher l’objet céleste d’intérêt sans devoir exposer trop longtemps.
Inconvénient : fort bruit numérique, couleurs dégradées, dynamique réduite