Le couple capteur / processeur d'un APN ou appareil vidéo a un rôle fondamental pour la qualité image. La taille du capteur a un impact sur les performances du boîtier et sur l'objectif : un objectif haut de gamme sera pleinement efficace s'il est monté sur appareil doté d'un capteur de qualité.

gif anime puces 045 Qu'est-ce qu'un capteur ?

Le capteur est un composant électronique photosensible qui réagit à la lumière. Ce composant est constitué d’un ensemble d’éléments organisés comme un damier (la plupart des capteurs sont constitués d'une matrice de Bayer). Ces éléments, appelés photosites, peuvent être rectangulaires, carrés ou octogonaux selon le type de capteur. Ils produisent des charges électriques d'une intensité variable en fonction de la lumière reçue. Les  signaux électriques transmis au processeur, après dématriçage, deviennent des pixels. La taille des photosites a une influence sur l'efficacité de la sensibilité à la lumière.

Bayer

matrice de Bayer

L’image numérique naît de la combinaison de 3 couleurs : rouge, vert, bleu (RVB)

Deux grandes familles de capteurs : CCD, CMOS.

Le CCD appartient désormais au passé.

Le capteur CMOS pour un coût plus faible que le CCD, permet des cadences de lecture plus élevées, une consommation moins énergivore et dont les dernières générations ont considérablement amélioré la qualité d'image.

  • Dans le mono capteur,  chaque photosite représente la valeur de l'une des 3 couleurs primaires : Rouge, Vert, Bleu. Il faut 2 photosites pour le vert, un pour le rouge et un pour le bleu, soit un total de 4 photosites pour obtenir une couleur. On obtient donc 50% de photosites verts disposés en quinconce, les photosites rouges et bleus se répartissent les 50% restants.(voir figure matrice de Bayer ci-dessus). Le nombre de pixels que contient une image s'appelle définition de l'image. À nombre égal de pixels, la densité des photosites par mm² est fonction de la taille du capteur.  Plus la densité au mm² est élevée, plus la sensibilité à la lumière diminue : gestion difficile des basses et hautes lumières et du bruit numérique.
  • Dans le tri-capteur chacun des 3 capteurs est dédié à une couleur. Les couleurs séparées offrent une meilleure précision.
gif anime puces 045 Pourquoi un grand capteur serait-il meilleur ?

Plus la quantité de lumière reçue par la capteur est importante, plus le courant électrique est intense. L'intensité du courant découle aussi directement de la surface du capteur, de la définition (nombre de pixels) et de la densité  de pixels au mm²

Pour mieux comprendre, voyons les relations taille/définition/densité avec des schémas qui représentent 4 capteurs : les cellules  c1 et c2 contenues dans chaque schéma ont toutes le même nombre de pixels

  • 1 et 2 ont la même définition mais pas la même taille ni la même densité mm² (idem pour 3 et 4)

1

A

2

B

                       

  • 1 et 3 ont la la même taille mais pas la même définition ni la même densité mm² (idem pour 2 et 4)

1

A

3

C

      

  • 1 et 4 ont la même densité mm² mais pas la même taille ni la même définition

1

A

 4

D

                    

     ● incidence de la taille du capteur sur la sensibilité

Supposons 2 capteurs (plein format et micro 4/3 ) avec chacun une définition de 30 Mpx (exemple des schémas 1 et 2 ci-dessus). Il en résulte une taille des photosites plus petite pour le micro 4/3 donc une densité au mm² plus importante (plus la densité augmente moins les photosites sont sensibles à la lumière). Les signaux électriques devenant plus faibles, ils transmettent alors au processeur les informations avec moins de précision : gestion difficile de la plage dynamique entre les hautes et basses lumières (bruit ISO)

Le grand capteur permet de monter plus haut en sensibilité sans générer du bruit numérique.

     incidence de la taille du capteur sur la profondeur de champ

La taille du capteur a une incidence sur la profondeur de champ : à focale égale, plus le capteur est grand, plus la profondeur de champ rétrécit. Une faible profondeur de champ permet d'obtenir un flou d'arrière-plan plus esthétique.

En réduisant la taille du capteur la distance focale d'un objectif est augmentée. La focale réelle (ou focale équivalente) se mesure d'après un facteur de conversion, appelé également facteur multiplicateur (ce facteur est généralement spécifié par le fabricant dans les caractéristiques techniques de l'appareil). Voir l'article focale
Prenons un exemple :
- un objectif 50 mm associé à un capteur plein format (facteur 1), la focale réelle est 50 x 1 = 50
- même focale associée à un capteur APS-C facteur 1,6 la focale équivalente est : 50 x 1,6 = 80 ou APS-C facteur 1,5 la focale équivalente est : 50 x 1,5 = 75
 

 

ponctuation icone 033 La course aux pixels n'est qu'une affaire commerciale. Parmi les 3 composantes (Taille, Définition, Densité) la Défination revêt une importance moindre.

 

ponctuation icone 033 ATTENTION aux confusions qui circulent : le facteur de conversion pour la focale équivalente, ne s'applique par pour le rapport de taille entre 2 capteurs

- le facteur de conversion pour connaître la focale d'un capteur équivalente à celle du plein format se calcule en divisant la diagonale du capteur plein format (43,3) par la diagonale du capteur concerné (exemple avec le  µ4/3 : 43,3/21,6=2)
- le rapport Taille entre 2 capteurs se calcule en divisant les tailles (exemple avec le µ4/3 :  (24x36)/(13x17,3)=864/224,9mm²=3,84 donc la taille du µ4/3 est 1/3,84 du plein format.
 

    

      ● capteurs matériel photo

capteurs taille (mm)  utilisation

plein écran

24x36

Reflex,

Hybrides,

Compacts experts

APS-C

15,7x23,7

Reflex,

Hybrides

APS-C

14,9x22,3

Reflex  Canon

Hybrides Canon

µ4/3

13x17,3

Hybrides µ4/3

Compacts experts

1"

8,8x13,2

Compacts

Bridges

Hybrides

1/1,7"    5,7x7,6 Compacts

1/2,3"

4,5x6,2

Compacts

Bridges

Smartphones

1/2,5"  et 1/3"

3,6x4,8

Compacts

Smartphones

 

     ● capteur d'un smartphone

Les smartphones (ou iPhone) pour obtenir toujours plus de pixels malgré la petitesse de leurs capteurs, réduisent la taille des photosites. En réduisant la taille des photosites, la densité au mm² augmente. Or, plus la densité au mm² est élevée, moins les photosites sont sensibles à la lumière. Il en résulte des images de moins bonne qualité. Pour pallier cet inconvénient, améliorer la sensibilité et réduire le bruit numérique, les constructeurs appliquent la technique du pixel binning, c'est à dire regrouper plusieurs pixels en un (par 16 pour le Xiaomi 12T pro : capteur 1/1,22" 200 Mpx, Super pixel 16 en 1). De fait, les 200 Mpx annoncés du Xiaomi (taille pixel = 0,64μm) produisent  après regroupement en réalité un fichier image de 12,5 Mpx. (taille pixel =  2,56 μm)

  Taille capteur Nombre de pixels pixel binning Taille pixel
CANON EOS R6
24x36  20 Mpx   8,6 μm
XIAOMI 12T pro
1/1,22"

 200 Mpx sans pixel binning

12,5 Mpx avec pixel binning

 

16 en 1

0,64 μm

2,56 μm

La qualité de l'image est donc fonction de la taille du capteur et de celle des pixels et non du nombre de pixels.

      matériel vidéo

En vidéo, préférez un appareil  dont la taille du capteur est en adéquation avec la résolution
 

gif anime puces 045 Combien de pixels pour la vidéo ?

Le nombre de pixels nécessaires correspond à la définition adoptée

  • HD  480p :   1280x720 = 921 600 pixels
  • HD1080p : 1920x1080 = 2 073 600 pixels.
  • 4K :            3840x2160 = 8 294 400 pixels
  • 8K :            7680x4320 = 33 177 600 pixels

La course aux pixels n'est qu'une affaire commerciale. Parmi les 3 composantes (Taille, Définition, Densité) la Défination revêt une importance moindre.

gif anime puces 045 Conclusion

Maintenant que vous avez tout capté, votre sensibilité  vous permettra de faire votre choix en fonction de vos besoins et de vos priorités.

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