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 Rappel sur la taille des capteurs

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martydidier

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Date d'inscription : 21/03/2008

MessageSujet: Rappel sur la taille des capteurs   Jeu 29 Mai 2014 - 11:52

On oublie souvent lorsque l'on regarde nos photos sur nos grands écrans de 24 pouces que nos images sont souvent issues de capteurs de tailles ridicules, parfois aussi perdus dans les fractions vous vous demandez aussi si un capteur 1/1.7 est plus grand ou plus petit qu'un capteur 1/1.8, voici donc un petit aide mémoire précisant les tailles de nos capteurs en ... millimètres

Moyens formats :
•Capteur moyen format : 53,9 x 40,4 mm soit 2 177.56 mm2

ou 45 x 60 mm soit 2 700 mm2
ou encore 6x6 soit 60 x 60 mm soit 3600 mm2.

Réflex 24x36 et APS-C
•Capteur 24x36 full frame : 24 x 36 mm soit 864 mm2
•Capteur APS-C : 23,4 x 15,7 mm (environ suivant les marques de capteurs) soit environ 367.38 mm2
•Capteurs Phovéon (Sigma) : 20.7 x 13.8 mm soit 285.66 mm2
•Capteur 4/3 (Olympus) : 17,3 x 13,0 mm soit 224.9 mm2

APN à objectifs interchangeables non reflex :
•Capteur micro 4/3 (Panasonic et Olympus) : 17,3 x 13,0 mm soit 224.9 mm2

Compacts :
•Capteur 1/1.7 : 7,5 x 5,6 mm soit 42 mm2
•Capteur 1/1.8 : 7.18 x 5.32 mm soit 38.20 mm2
•Capteur 1/2.7 : 5.30 x 4 mm soit soit 21.2 mm2

Soit un capteur de moins d'un centimètre sur un tout petit peu plus de 5 millimètres !
Quelle magie de pouvoir faire de grands tirages à partir d'images prises avec des capteurs aussi petits, je pense qu'il était bon de le rappeler car on l'oublie très souvent :-)

En regardant la taille des capteurs utilisés avec le réflex full frame 24x36 ou APS-C vous vous rendez compte de la différence de taille, (vous allez me dire "Evidemment comme pour tous"), mais cela va avoir une incidence autre :
Etant donné que vous pouvez monter des objectifs pour 24x36 sur vos APS-C, le capteur de l'APS-C va en fait de sa par sa taille plus petite ne se servir que de la partie centrale de l'optique. En fait il va cadrer comme si vous zoommiez sauf qu'il n'y a aucun grossissement de l'image, juste un crop de l'image qu'aurait pris un 24x36 full frame puisque les bords de l'objectif ne sont pas utilisés. Ce qui explique qu'il faut appliquer un coefficient de conversion (1.5 chez Nikon et 1.6 chez Canon) pour avoir une équivelence de focale par rapport au 24x36.

L'avantage de l'APS-C : en grand angle si votre optique avait tendance au vignetage dans les coins, l'APS-C cadrant "plus serré", vous n'aurez plus ce vignetage, les distorsions sur les bords de l'image seront elles aussi moindre. Autre avantage un 400mm va cadrer (chez Canon avec le facteur 1.6) comme un 640 mm. Quand on voit le prix d'un 600 mm chez Canon on se dit "chouette alors" .


Inconvénient de l'APS-C : un grand angle de 28 mm va cadrer comme un 44.8 mm, pas vraiment grand angle donc ce qu'on gagne d'un côté se perd de l'autre (logique) ! Vous comprenez alors pourquoi on parle alors d'équivalence 24x36 quand on parle de ces petits capteurs : ils n'utilisent plus la surface complète de l'objectif.

La référence étant le 24x36 on donne donc toujours leur équivalence dans ce format. Un capteur de micro 4/3 va donc lui ne capter que la moitié de la surface de l'objectif, on applique donc un facteur de x2 pour avoir la correspondance avec le 24x36. Cela veut dire qu'un 14 mm avec un capteur micro 4/3 donnera la même taille de cadrage qu'un 28 mm montée sur un full frame 24x36.
Pour exemple voici comment serait utiliser le même objectif fixe avec les différents capteurs qui ne saisiraient donc qu'une partie de la surface de l'objectif si il était monté sur un appareil muni d'un autre capteur, il est évident que l'on ne peut pas mettre un objectif de réflex 24x36 sur un compact mais cela vous donne une idée. Par contre on se rend très bien compte comment va cadrer l'APS-C par rapport au 24x36 full frame, et cet APS-C peut utiliser tous les objectifs conçus pour le 24x36. Avec des bagues d'adaptations on peut aussi monter ces optiques sur un apn muni d'un capteur micro 4/3 (en général en perdant l'autofocus) et profiter du crop factor pour obtenir l'équivalent d'un gros téléobjectif, un 400 mm cadrant alors comme un 800 mm, (se posera alors le problème de la stabilisation), mais on ne pourra pas dire que c'est pris à la focale de 800 mm car l'objectif utilisé sera bien un 400 et la photo aura donc la même gestion de la profondeur de champ qu'un 400 mm (influencée par la taille du capteur plus petit, donc avec un profondeur de champ plus étendue qui n'aura donc rien à voir avec la profondeur de champ obtenue avec un 800 mm monté sur un full frame 24x36), c'est pourquoi on parlera toujours "d'équivalence", il cadrera juste "comme" un 800 mm. Pour avoir la même profondeur de champ on devra ouvrir plus le diaphragme sur l'APS-C pour réduire la profondeur de la zone de netteté (environ 1 diaphragme).

cadrage selon les capteurs

Le calcul du crop factor avec un APS-C: En 24x36 la diagonale mesure : 43 mm En APS-C la diagonale mesure 27 mm

Calcul du crop factor : 43/27=1.6

Calcul de la focale équivalente : si je veux cadrer comme avec un 50 mm avec mon APS-C il me faudrait un objectif de 31 mm environ (50/1.6). Inversement mon 50 mm va donner le cadrage équivalent à un 80 mm (50*1.6). Avec le micro 4/3 c'est plus simple puisque le coefficient est de x2.



Pour aller plus loin :

La taille du capteur a aussi une autre influence :

Un capteur est fait de plusieurs millions de photosites qui recoivent la lumière. Un capteur d'une définition de dix millions de pixels dispose de 10 millions de photosites. Pour une même définition, les photosites d'un capteur "plein format" seront plus gros que ceux d'un capteur APS, eux mêmes plus gros que les photosites d'un capteur 4/3 (Four Thirds), et ainsi de suite. Suivant la quantité de lumière reçue, les photosites produisent des charges électriques d'intensités variables qui vont permettrent de créer les pixels de la photographie numérique.

Photosites = minuscules cellules électriquement indépendantes d'une taille de quelques microns à quelques dizaines de microns.

Pour être plus précis, plus la lumière est intense et l'exposition longue, plus la charge électrique qui en résulte est importante et inversement.

De part leur surface plus importante, les gros photosite sont plus sensibles. Ils sont donc plus réactifs aux faibles quantite de lumière, donc plus précis, et plus efficaces dans des conditions de faible luminosité.

Pour retranscrire la couleur d'une image, chaque photosite est recouvert d'un filtre. Dans le cas d'un capteur RVB, les photosites seront donc recouverts des filtres rouges, verts ou bleus. Il faut savoir que la sensibilité d'un photosite est moins importante pour la couleur verte, il faudra donc deux photosites pour s'occuper de cette couleur. Pour résumer, il faudra donc 4 photosites pour mesurer une couleur (un pour le rouge, deux pour le vert et un pour le bleu) et donc créer un pixel. Grâce à un filtre, dit de Bayer, constitué de cellules colorées des couleurs primaires, chaque photosite du capteur ne voit qu'une seule couleur : rouge, vert ou bleu. Sur chaque groupe de quatre photosites on trouve un pour le bleu, un pour le rouge et deux pour le vert ; cette répartition correspond à la sensibilité de notre vision.

filtre de bayer

Plus il y a de photosites, plus on obtiendra de pixels sur l’image finale. L'embêtant, c’est qu’augmenter la résolution pose des problèmes de place. S’il est facile d’aligner un million de photosites sur la surface du capteur, il est déjà plus dur d’en mettre deux, trois, ou même quinze millions ! En clair, plus il y a de photosites sur une même surface, plus leur taille est réduite, plus la place manque et plus cela génère des parasites électroniques. En pratique, cela se traduit par une perte de sensibilité et une augmentation de « bruit » dans l’image (cet aspect granuleux et désagréable du à des pixels parasites qu’on trouve le plus souvent dans les zones sombres de l’image, parfois presque partout).

Des améliorations sont régulièrement apportées aux capteurs CCD de façon à en améliorer la sensibilité en augmentant la surface active :
•Dans les super-CD HR Fujifilm chaque photosite possède une surface octogonale ;
•Puis (encore Fujifilm, 2004) les photosites sont dédoublés en un élément de grande taille « S » et un élément plus petit « R » qui étend la dynamique vers les hautes lumières (de 2 bits) en deux générations successives, SR et SR II ;
•Le super-CCD HR (toujours Fujifilm, 2005) bénéficie d'électrodes plus fines qui diminuent la profondeur des « puits » des photosites qui reçoivent donc une plus grande proportion de la lumière ;
•L'utilisation d'électrodes en oxyde d'indium-étain (ITO), plus transparentes dans le bleu, améliore la réponse spectrale des CCD pleine trame Kodak, 1999) ;
•Le CCD progressif (Kodak, 2005) dispose de drains d'évacuation de charges (LOD) plus fins, au bénéfice là encore de la surface utile.

Les capteurs CMOS :

Ils sont sont apparus dans les années 1980 à la suite des matrices de photodiodes comme le résultat de l'intégration de cellule composée d'une photodiode et d'une logique d'amplification puis d'obturation. Ils sont plus complexes à fabriquer mais sont produits selon des techniques classiques de micro-électroniques et de ce fait peuvent avoir des dimensions importantes (24 mégapixels). Ils sont également très utilisés pour les capteurs des appareils reflex.

De la même façon que beaucoup de CCD, les capteurs CMOS pour image couleur sont associés à un filtre coloré et un réseau de lentilles, encore plus nécessaire vu la faible surface relative de la photodiode, seule zone sensible.

Depuis 2002, les avantages intrinsèques des capteurs CMOS leur permettent de rivaliser :
•Coûts de production moindre
•La rentabilisation des lignes de production des circuits intégrés silicium classiques, de moins en moins vraie avec la sophistication accrue ;
•L'image captée est captée immédiatement en information numérique contrairement au CCD qui doivent convertir l'information analogique pour devoir la convertir par la suite en information numérique ;
•Les progrès de la finesse de gravure profitent plus au CMOS, en synergie avec les productions de masse de circuits intégrés ;
•Une consommation électrique plus faible ;
•La possibilité de miniaturiser davantage les capteurs, en dessous de 0,15 micromètre en 2005 ;
•Une plus grande intégration : la possibilité de rajouter facilement sur une puce CMOS des fonctions complémentaires ;
•Meilleure vitesse de lecture (un avantage pour le cinéma rapide plus que pour la photo) ;
•Moins sensible à la poussière ;
•Une meilleure résistance à l'éblouissement et donc au rendu des hautes lumières et une dynamique plus étendue.

Ils offrent également la possibilité d'une lecture très rapide d'un sous-ensemble du capteur.

Bonnes photos :-).
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