La différence de Bin entre ZWO et QHY, et le fonctionnement du binning des pixels par logiciel

L’article précédent a traité la marche à suivre concrète pour le binning des pixels (Bin) par logiciel ; celui-ci approfondit en revanche les principes : pourquoi les appareils des deux marques, ZWO et QHY, présentent un comportement de Bin différent, et pourquoi « faire le Bin sur l’ordinateur » perd moins facilement des données que « faire le Bin sur l’appareil ».

Les valeurs par défaut de Bin de ZWO et de QHY sont différentes

En prenant pour exemple la ZWO 6200mm et la QHY600M, les deux utilisent en réalité le même capteur Sony IMX455 BSI, mais leur comportement de Bin par défaut n’est pas le même :

1. Le binning des pixels de ZWO ne fait qu’une « moyenne des pixels ». Vous pouvez photographier avec le même panneau de flat à luminosité uniforme et vous constaterez que la luminosité est à peu près identique avant et après le Bin : c’est là la signature de la moyenne.
2. Le binning des pixels de QHY, lui, est par défaut une « somme des pixels » (proche du comportement des CCD traditionnels), mais on peut bien sûr le commuter sur la moyenne.

Il faut prendre garde à ceci : si l’on règle QHY sur la somme, les valeurs peuvent dépasser 16 bits ; il faut alors ajuster la commande de lecture et activer le transfert 32 bits pour pouvoir faire sortir les données complètes. Par ailleurs, la méthode de ZWO vaut aussi bien pour les appareils monochromes que pour les appareils couleur, tandis que le Bin par somme de QHY ne vaut que pour les appareils monochromes.

Pourquoi la question de biner ou non sur CMOS obéit à une logique différente de celle du CCD

Sur les appareils CMOS, régler un Bin logiciel ou firmware au moment de la prise de vue a pour but principal de réduire la taille du fichier ou d’augmenter la fréquence d’images. Mais il faut faire attention au comportement du bruit de lecture :

• CMOS : après le Bin, le bruit de lecture double ;
• CCD : après le Bin, le bruit de lecture, au contraire, diminue.

C’est là la différence fondamentale entre CMOS et CCD sur la question du Bin, et c’est aussi pourquoi, à l’ère du CMOS, l’incitation à « biner du côté de l’appareil » n’est pas aussi forte qu’elle l’était pour le CCD. Le binning des pixels du CMOS se prête en vérité mieux à être réalisé plus tard, dans un logiciel, lors du post-traitement, avec de meilleurs résultats.

Les avantages et les inconvénients de faire le Bin dans un logiciel sur l’ordinateur

Déporter le Bin dans un logiciel sur l’ordinateur présente plusieurs avantages concrets :

1. Il améliore tout autant le rapport signal/bruit (S/B), mais le calcul est plus souple

Le Bin logiciel apporte lui aussi une amélioration de 2× du S/B, et l’efficacité de calcul de l’ordinateur est meilleure, avec davantage d’algorithmes au choix.

2. Il ne rejette aucune donnée

C’est le point clé. Le calcul de la moyenne en binaire, comme on l’appelle, n’est pas réellement « additionner puis diviser par 4 » (en prenant le Bin 2 pour exemple). Additionner quatre nombres binaires de 16 bits requiert 18 bits (il se produit un débordement, car on dépasse 16 bits), et la division binaire par 4 revient en réalité à additionner puis à écarter les deux bits de poids le plus faible (cela équivaut à décaler la virgule de deux rangs vers la gauche).

Par conséquent, si un utilisateur de ZWO règle le Bin directement sur l’appareil, il perd cette portion des données ; un utilisateur de QHY, lui, doit activer le transfert 32 bits pour envoyer les données complètes à l’ordinateur, faute de quoi la portion en débordement se trouve écartée de la même manière. À l’inverse, en faisant le Bin sur l’ordinateur, le calcul emploie 32 bits, ne perd aucune donnée et préserve la pleine profondeur de puits (full well) et la profondeur de bits.

3. Le prix à payer est de devoir transférer et stocker davantage de données

Le binning des pixels sacrifie la résolution et la netteté baisse, mais la taille du fichier se réduit considérablement. Dit à l’envers, si l’on ne bine pas du côté de l’appareil, il faut transférer davantage de données et il faut aussi plus d’espace pour stocker les fichiers originaux. C’est le prix à payer lorsqu’on choisit le « Bin sur l’ordinateur » : assumer d’abord des fichiers originaux plus volumineux, en échange d’une souplesse complète et sans perte lors du post-traitement.

Complément

Pour les instructions d’activation du transfert 32 bits sur QHY, vous pouvez vous reporter au manuel d’utilisation officiel. Il faut noter que cette fonction n’est prise en charge que par quelques modèles plus récents (comme les QHY600, QHY268, QHY411, QHY461, etc.).