Dans le coeur du boîtier

Photosites, nombre de pixels, taille de capteur, ou encore définition, résolution d’impression, résolution d’affichage, sont autant de notions qui méritent bien souvent quelques précisions dans nos esprits.

Tâchons d’y voir plus clair en commençant par l’élément maître dont découlera tout (ou presque…), le reste.

1/ Le capteur :

Composant électronique, il a remplacé la pellicule argentique comme surface sensible à la lumière, de nos appareils photo numériques (APN). Ses débuts expérimentaux remontent aux années 1970, avec un premier développement commercial (à des tarifs prohibitifs) des 1990 pour des définitions entre 500.000px et 1Mpx !

La véritable ouverture sur le marché grand public du boîtier réflex numérique date du début des années 2000.

Le capteur qui enregistre l’image en conditionne la qualité en fonction de trois caractéristiques : la taille du capteur, la résolution et la taille des photosites.

À chaque gamme de boîtier son type de capteur, dont la taille diffère tout en conservant un rapport 3/2 (c’est-à-dire que la photo est 1,5 fois plus longue que large) pour la plupart des boîtier réflex (à l’exception du format 4/3 Olympus, et des très petits capteurs type Compacts ou smartphone) ; héritage du fameux 24 × 36 mm des pellicules argentiques.

Différents modèles de capteurs:

Un capteur numérique est constitué d’une trame géométrique (lignes + colonnes) de photosites, c’est-à-dire de petites cellules photoélectriques qui captent la lumière pour chaque pixel qui constituera l’image.

Plus les photosites sont de grande taille et plus ils sont aptes à capter de la lumière et à la transformer facilement en courant électrique. À l’inverse des photosites de petite taille, captant moins de lumière, transmettrons un signal analogique qui nécessitera d’être plus amplifié pour aboutir au même résultat (voir l’article « Grain et Bruit »).

http://bcl-clubphoto.fr/2020/04/le-grain-et-le-bruit/

2/ Définition de l’image :

Elle correspond au nombre de pixels qui la compose, c’est-à-dire au produit du nombre de pixels de la longueur par le nombre de pixels de la largeur de la photo.

Les premiers boîtiers numériques grand public affichaient fièrement une définition de 500.000 pixels à 1 ou 2 millions de pixels. Actuellement la plupart de nos boîtiers proposent des définitions entre 20 et 50 mégapixels (Mpx), même plus pour certains ; c’est dire à quel point la technologie progresse vite…

La taille du capteur n’a donc pas de rapport direct avec la définition de l’image ; ainsi un petit capteur pourra avoir une plus grande définition qu’un grand capteur, s’il est doté de plus de pixels.

APS-C 24Mpx / PF 12Mpx
Attention: le damier n’est qu’un visuel, il n’y a pas de pixel noir ou blanc!..

On trouve sur le marché des boîtiers équipés de capteur plein format (PF), APS-C, ou encore de format dit de 1 Pouce, de 24 Mpx chacun. Leur définition étant identique, leurs images respectives seront toutes composées de 6000 × 4000 pixels.

Capteur 1 Pouce 8,8mm x 13,2mm

Capteur APS-C 15,7mm x 23,6mm

Capteur Plein Format 24mm x 36mm

Ce que l’on peut cependant remarquer, c’est qu’à définition égale, la taille des pixels sera différente. Chaque pixel donne une indication couleur, résultant du traitement informatique du signal issue du photosite.

En général c’est là qu’on commence à s’arracher les cheveux, en s’apercevant de la complexité du problème et de toutes les variables qui peuvent intervenir : taille du capteur, taille des photosites, rôle de l’électronique de traitement de l’image…

3/ Les photosites :

Les photosites sont les plus petites structures photosensibles qui composent le capteur. Nous l’avons vu, chaque photosite se comporte comme un panneau solaire transformant l’énergie lumineuse en énergie électrique, et dont la taille influera sur l’intensité du signal qui en sortira.

Probablement hérité de son évolution en pleine nature depuis quelques dizaines de milliers d’années la vision humaine est plus sensible au vert. C’est probablement la raison pour laquelle la matrice de Bayer (du nom de son inventeur), qui recouvre chaque capteur est constituée d’un damier de 50 % de cases vertes, 25 % de cases rouges, et 25 % de cases bleues, les trois couleurs primaires. Après « dématriçage », les données de chacun des photosites monochromes rouge, vert et bleu seront traitées par une opération électronique complexe (interpolation) pour obtenir une valeur trichrome pour chaque pixel.

Mais pour simplifier le sujet et mieux comprendre le rôle des photosites sur le résultat final, admettons qu’un pixel de l’image résulte de l’activité d’un photosite sur le capteur.

Prenons 2 exemples :

Capteur PF 20Mpx                           VS                  Capteur APS-C 20Mpx

Photosites plus grands                                                          Photosites plus petits

Même définition

Logiciel de traitement d’image X.0               Logiciel de traitement d’image X.0

Le PF montera mieux dans les ISO car les photosites sont plus grands.

Le grand format du capteur lui permettra aussi d’avoir une meilleure dynamique (gestion des basses et hautes lumières), ce paramètre étant beaucoup plus « post-traitable » en RAW qu’en JPEG.

Logiciel de traitement d’image X.0              Logiciel de traitement d’image X.2

Montée comparable en ISO, voire à l’avantage de l’APS-C (logiciel plus évolué).

Capteur PF 46,4Mpx                       VS                    Capteur APS-C 2OMpx

En termes de surface des capteurs, il existe un rapport de 2,32 entre PF et APS-C. Pour notre exemple et en considérant que les photosites font la même taille sur les 2 capteurs, la définition du PF est donc égale à 2,32 x 20Mpx = 46Mpx

Meilleure définition                                                           Moins bonne définition

       Photosites de même taille

Logiciel de traitement d’image X.0              Logiciel de traitement d’image X.0

                                               Mêmes qualités de montée en ISO

Logiciel de traitement d’image X.0              Logiciel de traitement d’image X.2

L’APS-C montera mieux dans les ISO que le PF

Nous venons de le voir, la qualité de montée dans les ISO est principalement liée à la taille des photosites et à la performance de l’électronique embarquée. Chaque appareil photo numérique possède un véritable ordinateur dont la puissance de calcul ne cesse de croître au fil des générations. Cette puissance est indispensable pour aller vite et traiter des fichiers de plus en plus lourds.

Quelques mots sur la notion de surface des capteurs et le rapport qui existe entre eux :

Capteur PF 24mm x 36mm      VS     Capteur APS-C 15,7mm x 23,6mm

Surface : 864mm²                                      Surface : 370mm²

                                   Rapport de surface : 2,33

Un capteur PF est 2,33 fois plus grand qu’un capteur APS-C

Capteur APS-C 15,7mm x 23,6mm VS Capteur »1Pouce »8,8mm x 13,2mm

Surface : 370mm²                                    Surface : 116,16mm²

                                   Rapport de surface : 3,19

Un capteur APS-C est 3,19 fois plus grand qu’un capteur d’1 Pouce

Capteur PF 24mm x 36mm VS    Capteur « 1Pouce » 8,8mm x 13,2mm

Surface : 864mm²                                Surface : 116,16mm²

Rapport de surface : 7,43

Un capteur PF est 7,43 fois plus grand qu’un capteur d’1 Pouce

Si les capteurs sont assimilés à des boîtes et les photosites à des billes, alors…

  • Si les billes font la même taille, on en mettra plus dans une grande boîte.
  • Par contre pour une boîte donnée, on mettra quelques grosses billes, ou un peu plus de moyennes billes ou enfin beaucoup de petites billes !

4/ La résolution d’affichage:

À la différence de la définition qui est un chiffre brut, correspondant au nombre de pixels constituant une image, la résolution est le nombre de pixels par unité de longueur. Autrement dit, elle correspond à la densité de points par unité de longueur, exprimée en « dpi » (dots per inch) ou « ppp » (pixels par pouce).

Ainsi on parlera plus volontiers de définition lorsqu’il s’agira de décrire la taille d’une image sur un écran, et de résolution en dpi au ppp lors de l’impression de l’image.

Pour bien comprendre la différence, la comparaison avec un écran de télévision peut se révéler intéressante.

L’écran de notre téléviseur est constitué d’une dalle dont la définition sera fixée par le nombre de pixels qu’elle contient. A nombre de pixels égal et à distance d’observation égale, une télévision de 24 pouces aura une définition supérieure à une télévision de 42 pouces.

Intervient ici une notion plus subjective qui est celle de la distance d’observation. Ainsi il suffira de s’éloigner un peu de la télévision de 42 pouces pour percevoir la même netteté sur les deux écrans.

Dans les expositions photos c’est la même chose…

5/ La résolution d’impression :

La résolution d’une image sera d’autant plus importante qu’elle comportera de pixels par centimètre (ou pouce), et se traduira lors de l’impression par une netteté augmentée. Une bonne résolution dépend de la technique d’impression (qualités intrinsèques à l’imprimante), de la taille du tirage, et de la distance d’observation de la photo.

La résolution maximale que l’œil humain peut discerner et d’environ 300 ppp, ce qui en fait la norme pour l’impression haut-de-gamme.

Ainsi plus la résolution sera élevée, plus il sera possible de réaliser des tirages de grands formats.

Encore une fois, pour éclaircir les choses, rien ne vaut la mise en situation et la bonne vieille règle de 3.

En sachant qu’un pouce égal 2,54cm, 300 pixels par pouce seront donc équivalents à 118,1 pixels par centimètre.

Une image de dimension 3600 pixels x 2400 pixels fera en tirage de qualité maximum à 300 dpi la taille de 30,48 cm X 20,32 cm.

En résolution de 72 pixels par pouce elle fera alors 127 cm x 84,65 cm. Le tirage de plus grande taille mais de moindre résolution, nécessitera à l’observateur de se reculer pour percevoir la même netteté que le tirage plus petit.

Comme nous l’avons dit précédemment 300 dpi constitue la norme pour les impressions de haute définition, alors que 72 dpi correspond à la norme de l’affichage écran et sur le Web.

Voilà pourquoi nous avons tous connu un jour, une déception lors d’un tirage photo apparaissant finalement « pixelisé », alors que l’image paraissait parfaite de qualité sur l’écran de l’ordinateur.

C’est pour parer à ce genre de surprise que tous les logiciels de retouche type Photoshop ou Gimp ont une fonction « Taille de l’image » permettant d’avoir accès aux paramètres ajustables que sont : la résolution (exprimée en pixel/pouce ou pixel/cm), le nombre de pixels et le rapport Longueur/Hauteur (exprimé en pixels, cm, pouces, mm, points ou pourcentage).

La modification de l’un de ces trois paramètres permettant de voir instantanément la taille de l’image produite avec ses nouveaux réglages. Pour obtenir la taille optimale d’impression (la plus grande taille possible avec une définition maximum pour le discernement de l’œil), il suffit de régler 300 dpi de résolution et de décocher l’option « Rééchantillonage ».

Un tirage de format plus petit ne posera évidemment aucun problème ; pour un format plus grand il existe une marge acceptable d’environ 20 à 30 %. Chez les laboratoires de tirage en ligne, cette notion est souvent indiquée par un petit « smiley » vert, orange ou rouge.

Il est également possible pour faire de grands tirages, d’augmenter artificiellement la taille d’une image en y ajoutant des pixels. C’est la fonction « rééchantillonnage » ou « échantillonner l’image à nouveau », mais le risque de dégradation de la dynamique de l’image est bien là.

Finalement pour imager cette notion un peu complexe de la résolution d’impression, on peut imaginer un élastique large sur lequel on aurait tracé des tirets noirs très rapprochés, quasiment collés les uns aux autres. L’ensemble donnant l’impression que l’élastique est pratiquement noir. Si l’on tire sur l’élastique, apparaissent alors des espaces entre les tirets noirs, et ceux-ci seront d’autant plus larges que l’on tirera fort sur l’élastique.

La densité de tirets noirs va donc diminuer par unité de longueur. Il en est de même si l’on « tire sur le format » d’une image, le nombre de pixels par unité de longueur va également diminuer, et la qualité du résultat au tirage sera moins bonne.

Conclusion:

La taille des photosites, la taille du capteur ainsi que la résolution de celui-ci sont des paramètres intimement liés, l’un découlant forcément des deux autres. Par ailleurs, les algorithmes des programmes embarqués traitant l’information délivrée par les capteurs deviennent tellement performants, qu’ils remettent en cause les règles théoriques concernant les avantages et les inconvénients de capteurs équipés de photosites de grande taille. Cependant, et c’est toujours la même histoire en photographie, on ne peut pas tout avoir sur un même boîtier,… D’ou l’importance de connaître ses désirs de photos avant d’investir dans un matériel neuf.

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