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29 mai 2013

10 Affirmations sur le capteur photo, sa taille et sa définition : démêlons le vrai du faux

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Je vous propose de faire le tri dans tout ce qu’il peut se dire à propos des capteurs numériques, notamment au sujet de la taille et de la définition, en se penchant sur des affirmations qui font jaillir larmes et sang dès qu’elles sont évoquées dans le petit monde de la photo.




Résumé de l'article

Le vrai
- Un grand capteur permet d'obtenir une petite profondeur de champ
- On a moins de bruit avec un grand capteur
- C'est maintenant l'objectif qui limite la résolution d'une photo
- Les capteurs sont plus performants que l'oeil

Le faux
- Il faut un maximum de pixels pour faire un bon tirage
- Le flou de bougé est plus important avec un capteur de grande définition
- On peut abimer un capteur en faisant de la vidéo ou des longues expos
- La rendu de la photo est meilleur si le capteur et les photosites sont grands

Le cul entre deux chaises
- On obtient les mêmes photos avec un 35mm en apsc et un 50mm en full frame
- Augmenter les Mpix augmente le bruit




1 – Un  35mm sur un aps-c est équivalent à un 50mm en full frame.


Faux

Enfin, en partie.


On parle ici de l’utilisation de la fameuse focale équivalente : pour un appareil photo non full frame utiliser une focale de valeur f est sensé donner le même résultat qu’une focale de valeur k x f en full frame.

k est le crop factor, il se calcul en faisant le rapport diagonale d’un capteur full frame / diagonale du capteur non full frame (cela marche aussi avec la largeur ou la hauteur).


L’exemple qui revient souvent est celui du 35mm en aps-c équivalent au 50mm en 24x36 (le crop factor vaut 1.5 et 1.5 x 35 = 52.5mm ≈ 50mm).


Là où l'équivalence est vraie c'est au niveau des champs de vision, considérons par exemple le champ horizontal, à une distance d on a :
Largeur du champ horizontal= largeur du capteur× df en utilisant la formule du crop factor on voit bien que les champs sont les mêmes :
Largeur en full frame= 36mm× df Largeur en aps-c= 23.6mm× d f× 23.6mm36mm = 36mm× df

Mais nous allons voir dans le paragraphe suivant que les deux configurations ne permettent pas d'obtenir la même profondeur de champ.



2 - La profondeur de champ est plus courte avec un grand capteur


Vrai

Revenons sur l’exemple précédent, pour une ouverture de f/1.8 et une distance de mise au point de 3m la pdc vaut 32cm avec le 50mm en full frame et 43cm avec le 35mm en APS-C.

La pdc est plus petite en full frame.

On peut démontrer cela mathématiquement (j’utilise ici une formule simplifiée, vous trouverez plus de détails dans l’article sur le calcul de la pdc) :
pdc en full frame= 2×C×N× ( df ) 2 pdc en "non full frame"= 2× Ck ×N× ( d (fk)) 2 = k×pdc en full frame

Le 50mm en FF permet donc une pdc 1.5 fois plus courte que le 35mm en apsc.

Le cas extrême est celui des photophones dont les tout petits capteurs ne permettent que des très grandes profondeurs de champ (impossible d’avoir un joli flou d’arrière plan).


Pour obtenir la même pdc qu’en full frame il vous faudra plus ouvrir le diaphragme, et passer de N à N/k.
Dans notre exemple il faut en aps-c un 35mm f/1.2 pour avoir la même photo qu'avec le 50mm f/1.8 en full frame.



3 - Plus le capteur est grand et moins on aura de bruit


Vrai

On parle ici du bruit photonique, retenez que ce bruit est inversement proportionnel au nombre de photons capturés par le capteur et que logiquement un grand capteur attrape mieux les photons.

On peut faire une analogie : les photons sont des petits papillons mignons tout plein mais qui bougent n’importent comment, le capteur est un filet: plus le filet est gros et plus vous aurez de chances de capturer les papillons pour finalement les épingler dans votre étaloir, dieu que vous êtes cruel.



4 - Plus la définition est importante et plus il y a de bruit


Faux

Enfin, pas tout à fait.

On parle encore de bruit photonique : un capteur avec plein de mégas pixels aura des photosites plus petits qu’un capteur de même taille mais avec moins de pixels, du coup chaque photosite sera plus sensible au bruit photonique, soit.

Mais il faut relativiser, à l’échelle de l’image entière :

  • vous capturerez autant de photons dans les deux cas (je fais fi de l’espace perdu entre les photosites)
  • le bruit avec les petits photosites sera plus petit, moins visible
  • avec tous ces pixels la réduction du bruit par logiciel sera plus efficace


Je reformule : le bruit d’un capteur de grande définition se verra plus en zoomant à 100%, à la mode pixel peeping, mais ma main à couper que vous ne verrez pas la différence avec une capteur moins boulimique en pixel si vous regardez la photo dans sa globalité, en plein écran par exemple.



5 - On n’a jamais assez de méga pixels pour avoir un bon tirage


Faux

Il faut garder en tête que l’œil a ses limites : il existe une taille minimale pour les détails soient visibles.
Je l’explique plus en profondeur dans l’article sur le choix de la résolution d’impression mais on peut résumer tout cela ainsi : une photo de 5Mpix suffit dans la plus part des cas.

Ce qui est rassurant pour le photographe pro de 2001 qui arrivait à faire de très bons tirages malgré les 5.3Mpix de son D1X.



6 - Les objectifs n’ont pas une résolution suffisante pour les capteurs actuels


Vrai

De nos jours la résolution des objectifs tend à être insuffisante par rapport à la taille des photosites, DxO l’illustre bien avec sa nouvelle unité, le P-Mpix, c'est-à-dire le nombre de pixels réellement exploités par un objo.

Si je prends le cas du D800, dans l’idéal il faut un objectif de résolution égale à 0.5C/P, c'est-à-dire 5000 LW/PH ou encore 2500 LP/PH (si ces unités ne vous parlent pas vous pouvez lire l’article sur la résolution des objectifs).

Ces valeurs sont très supérieures à la résolution des objectifs courants, si l’on regarde chez DxO l’objectif ayant le meilleur score en résolution pour le D800 est le Zeiss 25mm f/2, avec 22 P-Mpix, encore loin des 36 P-Mpix théoriquement parfaits.


Une première remarque : je déteste cette notion de P-Mpix, on ne sait pas comment elle est calculée et elle donne des résultats surprenants, par exemple le Zeiss sur un D70 de 6Mpix donne 5P-Mpix alors que naïvement je m’attendais à 6P-Mpix..

Une seconde remarque : on s’en fiche joyeusement, on a vu que moins de 6 Mpix suffisent la plus part du temps pour avoir un bon rendu et la résolution des objos le permet largement.



7 - Les appareils de grande définition sont plus sensibles au flou de bougé


Faux

Vous conviendrez que ce n’est pas parce-que vous utilisez un capteur de grande définition que vous allez plus bouger au moment de déclencher, ou alors c’est dû à l’émotion, mais cela va passer.

Le malentendu vient du fait qu’avec tout ces pixels vous pouvez énormément zoomer sur vos photos et ainsi en voir les défauts, comme le flou de bougé.

Mais retenez qu’en conditions normales de visualisation le flou de bougé se voit de la même façon pour un capteur modeste (disons 12Mpix) que pour un capteur plus impressionnant (encore les 36Mpix du D800).



8 - Un capteur numérique est plus précis qu’un œil


Vrai

Ça y est, la machine est plus forte que l’homme (Sarah Connor ?).

Je le détaille dans ce comparatif entre l’œil et l’appareil photo : en matière de définition et de profondeur de couleur l’œil est la rue, en matière de dynamique l’œil est encore le plus performant mais au prix d’une adaptation continue au niveau de luminosité, chose que l’on arrive à reproduire en jouant sur l’exposition.



9 – Le mode vidéo ou une pause longue peuvent endommager le capteur


Faux

La crainte vient du fait que lorsqu’il est sollicité en continu un capteur se met à chauffer et l’électronique n’aime pas ça.

Mais les boîtiers surveillent la température du capteur et peuvent stopper l’enregistrement si elle devient excessive.

A noter que la durée d’enregistrement est couramment bridée à 30 minutes mais pour une raison économique : au-delà l’appareil photo est considéré comme faisant aussi office de caméra et vous voilà redevable d’une taxe en plus…



10 – Le rendu est meilleur avec un grand capteur et une petite définition


Faux

Commençons par trouver des critères pour apprécier le rendu : niveau de bruit, profondeur de couleur et dynamique sont des bonnes bases.

La profondeur de couleur est à part mais l'immunité au bruit et la dynamique sont en théorie directement liés à la taille des photosites.

Donc sur le papier on a envie de répondre vrai.

Mais regardons les tests de DxO (j’ai choisi des reflex récents, en full frame et aps-c, avec les plus faibles et les plus grandes définitions disponibles).

ReflexTaille du
capteur
Définition (Mpix)Taille d'un
photosite (µm²)
Profondeur de
couleur (bits)
Dynamique
(EV)
Low Light
ISO
Nikon D423,9 x 3616,253,124,713,12965
Nikon D800E24 x 3636,323,825,614,32979
Nikon D710015,6 x 23,524,115,224,213,71256
Canon 650D14,9 x 22,31818,521,711,2722

Où l’on voit qu’il est impossible de corréler le rendu avec les dimensions du capteur ou de ses photosites : les performances dépendent des technos utilisées pour fabriquer le capteur et de l’électronique associée.



Conclusion


De toutes ces affirmations on retiendra que:
  • Le grand capteur séduit car il gère mieux le bruit et permet d’avoir du bokeh joli tout plein.
  • Le petit capteur permet d'avoir de grandes longueurs focales (équivalentes) à moindre frais.
  • Les hautes définitions sont assez paradoxales : la plus part des qualités et des défauts induits seront invisible en conditions normales de visualisation de vos photos.



N’hésitez pas à proposer d’autres vérités plus ou moins vraies histoire de compléter tout ça.


Dernière mise à jour le:
par Pierre LPEF