Le Capteur Photographique, son secret dévoilé

Le Capteur Photographique, son secret dévoilé

Qu’est ce que le Capteur Photographique d’un boitier ?

Dans la jungle des boîtiers photographiques que les fabricants nous proposent il est un élément qui est mal connu.

J’ai nommé, le capteur photographique.

C’est la petite surface photosensible qui collecte l’image que l’on est en train de prendre.

Vue d'un Capteur photographique Sony
Capteur Photographique de chez Sony

Aussi, c’est un composant électronique à part entière.

Grâce à ce support , vous pouvez enregistrer et voir vos photos sur support informatique.

En conséquence, ce capteur photographique est le coeur de votre appareil photo numérique.

Comment cela fonctionne t’il ?

Le capteur photographique n’est ni plus, ni moins que le remplaçant de la pellicule argentique.

Aussi, celui ci vient en lieu et place de cette dernière tout au fond du boîtier.

Le principe de fonctionnement est similaire a la pellicule.

Je m’explique.

Avec la pellicule , la lumière qui vient frapper la surface transforme les sels d’argent en halogénures.

Donc, suivant la quantité de lumière reçue, la réaction sera plus ou moins grande.

D’ou la notion d’exposition, avec sur et sous exposition

Ceux ci vont pouvoir être exploités par un procédé chimique afin de nous donner un négatif.

Ce procédé s’appelle le développement, on passe les films dans une série de bains.

Et avec le Capteur Photographique ?

De même, avec le capteur photographique, la lumière viens taper la surface photosensible qui va transformer celle ci en signal électrique dit analogique.

Par conséquent, c’est ce signal qui sera traité de manière informatique en digitalisant celui ci.

Donc, comme avec l’argentique, la puissance de ce signal est directement lié a la quantité de lumière qui vient atteindre ce capteur. On dira que c’est la sensibilité des capteurs.

Ainsi, nous aboutissons aux mêmes notions d’exposition.

Le capteur photographique est constitué de petites cellules photovoltaïques qui mesurent l’intensité de la lumière et sa couleur.

C’est une matrice sur laquelle sont juxtaposés ces micro-cellules qui ne sont en fait que des photodiodes ou photomos.

Schéma de principe d’une photodiode :

Schéma de principe d'une  photodiode
Schéma de principe d’une photodiode ddp: différence de potentiel

Tout d’abord, il existe deux grandes familles de capteurs : les CCD et les CMOS.

Leur fonctionnement est similaire.

Avant tout, ils transforment la lumière en électricité.

Alors que l’une de ces famille va travailler avec des courants, l’autre va travailler avec des tensions.

Mais, cela revient au même vu que ces deux notions sont intimement liées.(Voir mon petit schéma de principe de la photodiode ).Et, en plus, U=RI.

Par contre, la consommation électrique du Cmos étant beaucoup plus faible que celle des capteurs CCD, leur vitesse de lecture et le plus faible coût de production sont les principales raisons de leur grande utilisation.

Par ailleurs, ces capteurs sont nettement plus efficaces que la pellicule d’où son essor initial en astrophotographie.

Chaque point du capteur, qui compose une partie d’un pixel, enregistre l’intensité lumineuse pour produire une image.

Comment fait on pour avoir des couleurs ?

Chaque microdiode complète est appelée photosite .

Ceux ci à la base, sont sensibles à la lumière dans toute son étendue de couleur.

Pour être plus précis, dans toute la gamme des couleurs visibles.

Parce que vous savez certainement que l’on peut recréer une couleur en mélangeant plus ou moins de Rouge, de Vert et de Bleu

Comme chaque photosite est sensible à tout le spectre , il va falloir filtrer pour dire que tel photosite et sensible à telle couleur.

C’est ainsi qu’apparait la notion de filtre sélectif ,

Chaque photosite se voit donc équipé d’une microlentille pour faire converger la lumière sur le photosite.

Et, pour ce qui est de la couleur, chacun sera équipé d’un filtre soit Rouge, soit Vert, soit bleu.

Comme nous le montre cette photo.

Filtres primaires
Les Photosites équipés de filtres de couleurs primaires RVB

 

et de Matrice de Bayer.

Bien sur il va falloir répartir ces filtres associés de manière équitable.

Un Ingénieur de chez Kodak , Monsieur Bayer à développé une matrice qui porte son nom.

Matrice de Bayer
Matrice de Bayer

Celle ci est pratiquement le standard appliqué à tous les capteurs ;

Elle s’interpose entre les lentilles de concentrations et la matrice de Photosites comme ici.

Positionnement de la matrice de Bayer
Positionnement de la matrice de Bayer sur un Capteur Photographique

Photosite et pixel

Tout d’abord, le photosite capte la lumière, le pixel est l’élément de l’image numérique.
Avec un capteur à matrice de Bayer il faut 4 photosites (2 dédiés au vert, 1 au bleu et un au rouge) pour constituer 1 pixel.

Pour exemple différentes tailles de pixels suivant les capteurs.

les tailles des pixels
les tailles des pixels suivant le Capteur Photographique

Les tailles relatives sont respectées, mais les tailles réelles sont de l’ordre du micron (1/1000 éme de mm), invisible a l’oeil nu.

Les différentes tailles de capteurs.

Il est acquis que plus un capteur est grand, et plus la qualité de l’image sera grande.

Encore, il reste à pouvoir s’y retrouver dans l’univers des mesures des capteurs photos.

Premièrement, il faut parler du format équivalent à celui que nous avions avec l’argentique, c’est le 24×36.

C’était le format universel pour tous les reflex et même pour le cinéma.

En numérique le 24×36 est appelé Plein Format ou Full Frame, et sa dimension est de 24 mm par 36 mm.

Il existe une dizaine de capteurs de dimensions différentes sur le marché.

Elles sont répertoriées ci dessous :

Taille

Dénomination

Types d’Appareils

24 mm x 36 mm Plein Format ou Full Frame Nikon, Canon, Sony Haut de gamme
28mmx19 mm Capteur APS-H Canon
15,6mmx23,5 mm Capteur APS-C Nikon D3300, D5500, D7200

14,9/15mm

x 22,3/22,5mm

Capteur APS-C Canon 100D, 1200 D, 700D, 750D,760D
18,7 mmx 14 mm Capteur Format 4/3-18,7×14 mm Canon G1 X MarkII
17,3mmx 13mm Capteur Format 4/3 Panasonic Lumix, Olympus PEN
13,2mmx 8,8mm Capteur Un Pouce Canon G, Nikon 1, Sony RX
7,6mmx 5,7mm Capteur1/1,7 Pouce Canon G, Panasonic Lumix L
6,4mmx 4,8mm Capteur 1/2 Pouce Fuji
6,16mmx 4,62mm Capteur 1/2,3 Pouce Panasonic Lumix
5,76mmx 4,29mm Capteur 1/2,5 Pouce Panasonic TZ

Pour mieux se rendre compte de ces différentes tailles je vous propose de jeter un coup d’oeil sur cette photo de Laurent Cros ( http://laurentcros.e-monsite.com/ )

Planche sur laquelle on compare les différents types de Capteurs
les différents types de Capteurs Photographiques

En conclusion, nous pouvons constater l’étendue importante des divers formats d’aprés cette image fort bien détaillée.

Quelles sont les incidences principales de la Taille d’un Capteur sur la prise de vue ?

La principale incidence est le facteur de conversion, ou facteur multiplicateur, ou encore Crop Factor

Probablement, le terme de facteur de conversion, multiplicateur, ou plus encore, celui de Crop Factor, peut tout à fait vous paraître comme étant barbare.

Et cela est tout à fait légitime.

Moi je vais plutôt  le transposer en Longueur Focale Apparente.

Si vous avez des doutes sur vos connaissances en matière de Focale, allez sur cet article.

La focale d’un objectif ne change pas d’un boitier à un autre.

Seulement si vous utilisez un boîtier Full Frame ou un boîtier doté d’un Capteur APS-C vous n’aurez pas le même résultat si vous utiliser un objectif.

Et pourquoi un pareil miracle ?

Explication !

Regardons le dessin ci-dessous :

J’ai une Focale X qui ne change pas, je suis à la même distance dans les deux cas.

Le seul élément qui change est la Taille de mon Capteur. (Grand ou Petit)

Le petit capteur représente une partie seulement du grand capteur.

Qu’est ce que l’on peux constater ?

Avec mon petit Capteur je ne vois qu’une partie de mon superbe cocotier.

Cela revient à dire que j’ai grossissement plus important.

C’est comme si j’avais une Focale plus Grande, c’est ma Focale Apparente.

Dans la pratique, la Focale d’un objectif est toujours donnée pour un Format 24x 36 ou Plein Format, sinon cela est précisé.

Comme nous connaissons les différents formats de capteurs, on peut déterminer le facteur de conversion, par simple calcul

Ils sont de  :

  • 1,3 pour les Capteur APS-H ( Rapport entre 24×36 et 28×19 )
  • 1,5 pour les capteurs APS-C ( Notamment chez Nikon, 23,5×15,6 )
  • 1,6 pour les capteurs APS-C (Notamment chez Canon, 22,5×15 )

Cela veut dire que si vous achetez un objectif il faut faire attention à la Focale, (Réelle ou Apparente)

Sur notre cliché du Pont du Gard, cela se traduit par une réduction du champ comme le montre cette image.

Différence entre  la Focale réelle et la Focale apparente
Focale réelle et Focale apparente

Note: L’APSC ne représente qu’une partie centrale du format 24×36

La seconde grande incidence est la sensibilité.

Comme nous venons de le voir, un capteur est composé d’un grand nombre de photosites. Ces éléments transforment la lumière en courant électrique.

Alors, chaque photosite complet ( c’est a dire équipé de son filtre ) peut donc être vu comme un minuscule panneau solaire captant la lumière d’une couleur primaire. (rouge, vert ou bleu)

-Prenons par exemple deux capteurs de tailles différentes.

Admettons que sur un Capteur de type APS-H nous plaçons 12 Millions de Photosites.

Ensuite, nous installons la même quantité de Photosites sur un Capteur de un Pouce.

A savoir notre APS-H ( 28 mmx 19 mm = 532 mm² ), est grosso modo quatre fois plus grand que notre Capteur Un Pouce ( 13,2 mm x 8,8 mm = 116,2 mm²) même un peu plus.

En conclusion directe, nous aurons des photosites quatre fois plus gros sur le Capteur APS-H que sur le Capteur Un Pouce.

Cela paraît logique : un grand panneau solaire capte plus de soleil qu’un petit, et donc fournit plus d’électricité.

Supposons dans notre cas que nos Capteurs reçoivent la même illumination.

Cela veut dire que chaque Photosite du Capteur APS-H va, par ce fait, capter plus de lumière .

En captant plus , il va fournir plus d’électricique le Photosite du Capteur Un Pouce.

Quand je dis, électricité, j’emploie un terme générique pour dire, Courant ou bien Tension, cela dépend du type de capteur. ( dans l’ordre CCD ou CMOS ), n’est ce pas ? J’en ai parlé plus haut.

En conséquence, si le courant est trop faible, on ne peut pas le mesurer avec précision.

Il faut l’amplifier, ce qui implique plus d’erreurs liés à cette amplification, car on fait intervenir plus d’éléments avec chacun des défauts.Nul n’est parfait.

Au final, on obtient une image dite «bruitée »

À l’inverse, un courant fort n’aura pas besoin d’être amplifié, ou peu, et donc sera considérablement plus précis.

Dans l’exemple ci-dessus, voyez comme l’image faite avec le petit capteur est granuleuse.

(Source: Les Numériques.com)

En conclusion,plus le Capteur est grand, plus il sera précis et moins on aura de bruit, donc l’image sera de meilleure qualité.

Conclusion:

Désormais, le Capteur Photographique ne devrait plus avoir de secret pour vous, et grâce à ces explications, vous allez pouvoir faire de meilleurs choix que ce soit à l’achat d’un objectif où à l’utilisation.

Mais si toutefois vous aviez encore des doutes sur la compréhension, des zones floues  quant à ce sujet, laissez moi un commentaire, je me ferais un plaisir de vous aider.

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