Les capteurs de photographie sont un élément clé de l’appareil photo, responsables de la capture de l’image. Ils sont de plus en plus petits et de plus en plus performants, permettant de capturer des images de qualité supérieure. Il existe différents types de capteurs, chacun avec ses propres avantages et inconvénients. La taille du capteur est un facteur important qui peut affecter la qualité de l’image, ainsi que d’autres facteurs tels que la sensibilité et la plage dynamique. Dans cet article, nous allons examiner les différents aspects des capteurs de photographie, afin de mieux comprendre comment ils fonctionnent et comment ils influencent la qualité de l’image finale.
Définition et fonctionnement d’un capteur photographique
Un capteur de photographie est un composant essentiel de l’appareil photo qui capture l’image. Il est composé de millions de petits pixels qui enregistrent la lumière qui passe à travers l’objectif de l’appareil photo. Plus il y a de pixels sur le capteur, plus l’image sera détaillée et de haute qualité. Pour comprendre comment fonctionnent les capteurs de photographie, il est important de d’abord savoir ce qu’est un capteur de photographie et comment il est utilisé dans l’appareil photo.
La définition d’un capteur photographique
Les capteurs de photographie sont disponibles dans différentes tailles, allant des petits capteurs utilisés dans les appareils photo compacts aux capteurs de grande taille utilisés dans les appareils photo reflex et les appareils photo professionnels. La taille du capteur est un facteur important qui peut affecter la qualité de l’image, car un capteur de grande taille permet de capturer plus de lumière, ce qui peut améliorer la qualité de l’image en réduisant le bruit et en offrant une meilleure plage dynamique. Cependant, les appareils photo avec des capteurs de grande taille sont souvent plus coûteux et plus lourds.
Il existe plusieurs types de capteurs de photographie, les capteurs CCD (Charged Coupled Device) et les capteurs CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
Chacun de ces types de capteurs a ses propres avantages et inconvénients, et ils sont utilisés dans différents types d’appareils photo. Les capteurs CCD sont généralement utilisés dans les appareils photo numériques haut de gamme et offrent une qualité d’image exceptionnelle, mais ils consomment plus d’énergie et sont plus coûteux à produire que les capteurs CMOS. Les capteurs CMOS sont plus courants et moins chers à produire, mais ils peuvent parfois produire des images de moins bonne qualité que les capteurs CCD.
Un capteur est composé de différents éléments, ils sont au nombre de 4 :
Les filtres UV et IF
Le filtre UV IF est un composant qui se trouve devant le capteur d’un appareil photo et qui a pour but de bloquer les rayons ultraviolets (UV) et infrarouges (IR) qui peuvent affecter la qualité de l’image.
Les micro lentille
Les microlentilles ont pour but de concentrer la lumière sur les photosites du capteur.
Filtre de Bayer
Le filtre de Bayer est une couche de filtres de couleur qui se trouve devant le capteur de photographie. Il est divisé en trois couleurs primaires (rouge, vert et bleu) et permet au capteur de déterminer la couleur de chaque pixels en combinant les données de 4 photosites.
A noter : Un pixel est composé de l’association de 4 photosites (deux verts, un rouge et un bleu).
Les Photosites
Les photosites sont les petites unités qui composent le capteur de photographie et qui permettent de capturer l’image. Ils sont sensibles à la lumière et peuvent détecter différentes couleurs en fonction de la longueur d’onde de la lumière.
Chaque photosite du capteur est accompagné d’un circuit électronique qui convertit la lumière en un signal électrique. Ce signal est envoyé au processeur de l’appareil photo, qui utilise ces données pour créer l’image finale.
Le signal crée par le capteur est traité par le processeur de l’appareil photo est responsable de traiter les données envoyées et de les convertir en une image finale. Il utilise des algorithmes complexes pour corriger les erreurs, réduire le bruit et améliorer la qualité de l’image.
Une fois le traitement terminé, c’est au travail de la mémoire de l’appareil photo. Elle est utilisée pour stocker l’image finale une fois qu’elle a été traitée par le processeur. Elle peut être de différents types, comme la mémoire interne de l’appareil ou une carte mémoire externe.
Le fonctionnement d’un capteur de photographie
Les capteurs de photographie fonctionnent en captant la lumière qui passe à travers l’objectif de l’appareil photo et en la convertissant en un signal électrique. Cela se fait grâce aux millions de petits photosites qui composent le capteur. Chaque photosite est sensible à la lumière, grâce à un circuit électronique, il va convertir cette lumière en un signal électrique pour interpréter et créer notre image.
Un capteur CMOS est composé d’une matrice de photosites, qui sont divisés en trois couleurs primaires (rouge, vert et bleu) grâce à ce qu’on appelle un filtre de Bayer. Chaque pixel est sensible à une seule couleur, et le filtre de Bayer permet au capteur de déterminer la couleur de chaque pixel en combinant les données de chaque pixel. Cela permet au capteur de produire une image en couleurs. Sans ce filtre, le capteur fournirais une image en niveau de gris (en noir et blanc).
Lorsque vous prenez une photo, l’objectif de l’appareil photo concentre la lumière sur le capteur. Chaque pixel du capteur détecte la lumière et envoie un signal électrique au processeur de l’appareil photo, qui utilise ces données pour créer l’image finale. Plus il y a de pixels sur le capteur, plus l’image sera détaillée et de haute qualité, on parlera de définition de l’image.
Maintenant que nous comprenons comment fonctionnent les capteurs de photographie et les différents types de pixels qu’ils utilisent, voyons quels sont les différents types de capteurs disponibles sur le marché.
Les capteurs affectent la qualité de l’image
La qualité de l’image d’un appareil photo est largement déterminée par le capteur de photographie utilisé, ils peuvent avoir un impact significatif sur la résolution, la plage dynamique et le bruit de l’image finale. Dans cette partie, nous verrons comment les différents types de capteurs de photographie peuvent affecter la qualité de l’image et comment choisir le capteur qui convient le mieux à vos besoins.
La taille des capteurs, un élément clés
Avant d’aller plus loin, les capteurs de photographie CMOS peuvent être classés selon leur taille, c’est ce qui vont différents les différents capteurs CMOS. On retrouve principalement 4 tailles de capteurs :
- Les capteurs micro 4/3 sont les plus petits de la liste, ils sont généralement utilisés dans les appareils photo hybrides. Ils ont une dimension de 13×17,3 mm, ils sont présent dans les hybrides Micro 4/3 par exemple le Panasonic Lumix GH6.Les capteurs APS-C sont généralement utilisés dans les appareils photo reflex numériques et hybrides de milieu de gamme par exemple l’appareil photo reflex Canon 2000D ou l’hybride Nikon Z30.
- Les capteurs APS-C de la marque Canon ont une taille de 15×22,5mm.
- Les capteurs APS-C des autres marques ont une taille de 15,6×23,5mm.
- Les capteurs Full Frame sont utilisés dans les appareils photo reflex numériques haut de gamme. Ils ont une dimension de 24×36 mm. Ils sont présent dans les appareils photos reflex, et hybride par exemple le reflex Canon EOS 6D Mark II, ou l’hybride Canon EOS R6.
- La taille de capteur Moyen Format est considérée comme le « must du must » en matière de taille de capteur pour les appareils photo. Ce type de capteur est le plus grand de tous et est généralement utilisé dans les appareils photo hybrides très haut de gamme. Ils ont une dimension de 43,8 x 32,9mm. On retrouve par exemple le Fujifilm GFX 100S.
Il est possible que vous ayez accumulé beaucoup d’informations à ce stade et que ces concepts soient difficiles à comprendre lorsque vous débutez dans la photographie. Un résumé serait donc utile pour vous aider à mieux saisir ces notions. Il existe deux grandes familles de capteurs de photographie : les capteurs CCD et les capteurs CMOS. Les capteurs CMOS comprennent plusieurs sous-groupes de capteurs, tels que les capteurs CMOS Moyen Format, CMOS Full Frame, CMOS APS-C et CMOS micro 4/3.
La seule différence entre ces capteurs CMOS est leur taille, qui varie d’un capteur à l’autre et qui peut offrir des avantages ou des inconvénients en fonction de l’utilisation prévue de l’appareil photo, que nous allons voir dans la partie suivante.
Les facteurs déterminant la qualité de l’image produite par un capteur
Chaque taille de capteur a ses propres avantages et inconvénients et le choix de la taille de capteur dépend de l’utilisation prévue de l’appareil photo.
La qualité de l’image produite par un capteur de photographie est déterminée par plusieurs facteurs :
1. Résolution : La résolution d’un capteur de photographie détermine la quantité de détails qui peuvent être capturés dans l’image. Plus le capteur a de pixels, plus l’image sera détaillée. Cependant, la résolution n’est pas le seul facteur qui détermine la qualité de l’image.
2. Plage dynamique : La plage dynamique d’un capteur de photographie détermine sa capacité à capturer des détails dans les parties sombres et claires de l’image. Un capteur avec une grande plage dynamique peut capturer des images avec des détails dans les parties sombres et claires, tandis qu’un capteur avec une faible plage dynamique peut produire des images avec des parties sombres ou claires surexposées.
3. Bruit : Le bruit est un défaut qui peut apparaître dans l’image sous forme de points ou de lignes qui affectent la qualité de l’image. Le bruit peut être causé par différents facteurs, tels que la sensibilité du capteur, la température de l’appareil photo et les conditions de luminosité.
4. Sensibilité : La sensibilité d’un capteur de photographie détermine sa capacité à capturer des images de qualité dans des conditions de faible luminosité. Les capteurs avec une grande sensibilité sont plus adaptés aux prises de vue en basse luminosité, tandis que les capteurs avec une faible sensibilité sont plus adaptés aux prises de vue en haute luminosité. Ce point ci est surtout ressenti durant la prise de vue avec une mise au point moins réactive.
En résumé, la qualité de l’image produite par un capteur de photographie est déterminée par la résolution, la plage dynamique, le bruit et la sensibilité du capteur. Chacun de ces facteurs a un impact sur la qualité de l’image finale et il est important de prendre en compte ces éléments lors de l’achat d’un appareil photo.
En général, plus un capteur est grand (comme les capteurs Moyen Format et Full Frame), plus il a une haute résolution, une grande plage dynamique, un faible niveau de bruit et une grande sensibilité. À l’inverse, un capteur de petite taille (comme les capteurs APS-C et Micro 4/3) a une faible résolution, une faible plage dynamique, un niveau de bruit plus élevé et une moins grande sensibilité, dans des conditions de prise de vue similaires.
Nous venons de voir quatre points qui sont assez faciles à comprendre, mais il y a un dernier point qui affecte la qualité de l’image en fonction de la taille du capteur : c’est ce qu’on appelle le « Crop-Factor ». Cette notion mérite une section entière, car elle a un impact significatif sur le rendu final de l’image.
Le Crop-Factor ou le facteur de recadrage
L’origine du crop-factor réside dans la manière dont la lumière entrant dans l’objectif est concentrée sur le capteur de l’appareil photo. Lorsque la lumière passe à travers les lentilles de l’objectif, elle est concentrée sur le capteur de l’appareil photo.
Si le capteur de l’appareil photo est de taille inférieure à celle d’un capteur Full Frame utilisé comme valeur de référence, seule une partie de la lumière concentrée par l’objectif tombe sur le capteur. Cela signifie que l’angle de vue de l’objectif est « recadré » par rapport à ce qu’il serait avec un capteur Full Frame, d’où le nom de « facteur de recadrage » ou « crop-factor ». En d’autres termes, le crop-factor indique de combien la focale d’un objectif doit être multipliée pour obtenir l’angle de vue équivalent à celui d’un capteur Full Frame sur un appareil photo avec un capteur de taille inférieure.
Si vous en savez pas ce qu’est la focale ou distance focale d’un objectif, elle détermine l’angle de vue et la profondeur de champ de l’image produite, ainsi qu’un certain nombre d’autres aspects de la qualité de l’image, en d’autre terme.
Revenons a nos moutons, nous venons de voir que le crop-factor indique de combien la focale d’un objectif doit être multipliée pour obtenir le même angle de vue qu’avec un capteur de référence Full Frame d’une dimension de 24mm x 36mm. Ce recadrage varie en fonction de la taille de votre capteur. Plus le capteur est petit plus le recadrage est conséquent.
Ci-dessous un tableau présentant les différents coefficients multiplications à appliqué selon la taille de votre capteur.
| Taille du capteur | Crop-Factor |
|---|---|
| Moyen Format | 1 |
| Full Frame | 1 |
| APS-C | 1,5 |
| ASP-C (Marque Canon) | 1,6 |
| Micro 4/3 | 2 |
Concrètement, voici ce que cela donne en pratique : si vous prenez une photo d’une personne à la même distance avec un appareil photo équipé d’un capteur APS-C et un autre appareil photo équipé d’un capteur Full Frame, l’image prise avec le capteur Full Frame sera plus grande et donc plus détaillée. Cela est dû au fait que le capteur Full Frame a un crop factor de 1, tandis que le capteur APS-C a un crop factor de 1,5.
Imaginons que vous utilisiez un appareil photo avec un capteur APS-C et que vous souhaitiez prendre une photo avec un angle de vue similaire à celui d’un objectif de 50 mm sur un appareil photo avec un capteur de 35 mm. Le crop-factor de votre appareil photo étant de 1,5, vous devez multiplier la focale de l’objectif par le crop-factor pour obtenir l’angle de vue équivalent : 50 mm x 1,5 = 75 mm. Ainsi, pour obtenir un angle de vue similaire à celui d’un objectif de 50 mm sur un appareil photo avec un capteur de 35 mm, vous devez utiliser un objectif de 75 mm sur votre appareil photo avec un capteur APS-C.
A l’inverse imaginons que vous utilisiez un appareil photo avec un capteur Full Frame et que vous souhaitiez prendre une photo avec un angle de vue similaire à celui d’un objectif de 75 mm sur un appareil photo avec un capteur APS-C. Le crop-factor de l’appareil photo APS-C étant de 1,5, vous devez diviser la focale de l’objectif par le crop-factor pour obtenir l’angle de vue équivalent : 75 mm / 1,5 = 50 mm. Ainsi, pour obtenir un angle de vue similaire à celui d’un objectif de 75 mm sur un appareil photo avec un capteur APS-C, vous devez utiliser un objectif de 50 mm sur votre appareil photo avec un capteur Full Frame.
Les capteurs APS-C sont souvent prisés par les photographes de portrait, animalier et sportive, car ils permettent de réaliser des images avec une grande profondeur de champ et d’avoir un recadrage important pour la photographie animalière, se qui permet d’être plus loin de nos sujets.
Les capteurs Full Frame sont souvent prisés par les photographes de paysage, de portrait et de reportage, car ils permettent de réaliser des images avec une grande résolution et une grande plage dynamique pour obtenir le maximum de possibilité en post-production.
Pour conclure cette partie sur le crop-factor c’est un concept important en photographie qui détermine comment la taille du capteur de l’appareil photo affecte la focale des objectifs utilisés. En multipliant ou en divisant la focale d’un objectif par le crop-factor de l’appareil photo, vous pouvez obtenir l’angle de vue équivalent à celui d’un capteur Full Frame. Il est important de prendre en compte le crop-factor lors de l’achat d’un appareil photo et de ses objectifs, car il peut avoir un impact significatif sur la qualité de l’image produite.
Maintenant que nous avons vu comment la taille du capteur affecte la focale des objectifs et la qualité de l’image, passons maintenant aux autres facteurs qui peuvent influencer la qualité de l’image en dehors de la taille du capteur.
Les autres facteurs altérants le rendu de l’image
Il y a de nombreux autres facteurs qui peuvent affecter la qualité de l’image, en dehors de la taille du capteur. Voici quelques exemples :
- Objectif : L’objectif utilisé peut avoir un impact significatif sur la qualité de l’image. Un objectif de qualité supérieure est capable de capturer plus de détails et de produire des images plus nettes.
- Éclairage : L’éclairage est un élément crucial en photographie. Un éclairage insuffisant peut rendre l’image floue et bruitée, tandis qu’un éclairage trop fort peut causer des ombres dures et des éblouissements.
- Réglages de l’appareil photo : Les réglages de l’appareil photo, tels que la vitesse d’obturation, l’ouverture et l’ISO, peuvent affecter la qualité de l’image. Il est important de comprendre comment ces réglages fonctionnent et comment les utiliser pour obtenir les meilleurs résultats.
- Compression des images : Lorsque vous enregistrez des images, elles peuvent être compressées pour réduire leur taille de fichier. Cependant, la compression peut affecter la qualité de l’image en réduisant la résolution et en ajoutant du bruit.
- Post-traitement : Le post-traitement peut affecter la qualité de l’image en modifiant les couleurs, les contrastes et les détails de l’image. Il est important de maîtriser les outils de post-traitement pour obtenir les meilleurs résultats.
Les nouvelles tendantes en matière de capteurs de photographie ?
Actuellement, les capteurs de photographie tendent à devenir de plus en plus résolus, offrant une plage dynamique de plus en plus large et produisant moins de bruit.
De nouvelles technologies telles que les capteurs à double pixel, les capteurs à technologie Dual Gain et les capteurs à technologie de détection de mouvement sont en train de faire leur apparition sur le marché et promettent d’améliorer encore la qualité de l’image.
En outre, il y a une tendance croissante vers l’utilisation de capteurs de petite taille dans les appareils photo hybrides et compacts, ce qui permet de réaliser des appareils plus compacts et légers.
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