Taille des pixels dans les capteurs d'appareil photo : pourquoi est-ce important ?

Réponse courte: Des pixels plus grands peuvent accueillir plus d'éléments lumineux en peu de temps, fournissant au processeur d'image des informations plus précises sur la luminosité et la couleur. Une taille de pixel plus élevée garantit ainsi des images mieux exposées et moins de bruit d'image.

Réponse détaillée :

Taille des pixels : plus c'est gros, mieux c'est

Depuis quelques temps, les fabricants d'appareils photo numériques et surtout de smartphones rivalisent de mégapixels. Il y a des facteurs plus importants pour une bonne image. Il ne devrait pas y avoir trop peu de pixels, c'est vrai. Sinon, les images deviendront pixélisées dans le vrai sens du terme lorsque vous les affichez sur un grand écran ou que vous les imprimez sur papier.

Exemple d'image pixélisée et bruitée à la fois.

Mais au-delà d'un certain nombre, plus n'est pas forcément mieux, c'est même désavantageux. Parce que plus il y a de pixels sur un capteur d'image, plus ils deviennent petits. Et plus ils deviennent petits, moins ils peuvent absorber de particules de lumière dans ce qui est souvent un temps d'exposition très court.

Considérez-le comme un mur composé de 10 000 petites briques que vous saupoudrez avec un tuyau d'arrosage. Si vous voulez donner quelques gouttes à chaque brique individuelle, vous aurez besoin de beaucoup de temps. Si un mur de la même taille se compose de seulement 4 énormes briques, la probabilité qu'au moins quelques gouttes pleuvent sur chacune des quatre en peu de temps augmente énormément.

Plus chaque pixel reçoit de lumière, plus il peut fournir d'informations précises au processeur d'image sur les valeurs de luminosité et de couleur. Le processeur calcule les valeurs exactes de couleur et de luminosité à l'aide des pixels voisins. Plus les informations dont il dispose sont bonnes, plus l'image sera détaillée.

Peu de lumière, plus de bruit

De nombreux petits pixels qui reçoivent peu de lumière "confondent" le processeur d'image. Il reçoit trop peu d'informations pour calculer l'image et doit prendre des contre-mesures. Il le fait généralement en mode automatique, soit en augmentant le temps de pose. Mais alors vos photos deviennent floues plus rapidement.

Cette photo a été prise dans l'obscurité. L'appareil photo a eu du mal à obtenir les bonnes valeurs de couleur et à compenser les longues secousses d'exposition.

Soit il augmente la sensibilité. Les pixels individuels réagissent alors à moins de lumière. Cependant, cela augmente le risque de surréaction des pixels, de suraccentuation des zones qui ne sont en fait pas très lumineuses et de provoquer l'apparition de perturbations. En utilisant les pixels voisins, dont certains sont également défaillants, dans ses calculs, le processeur se trompe sur une plus grande surface. Le bruit d'image est le résultat.

Pas un échec complet. Si vous regardez bien, vous pouvez voir des étoiles et un cœur, mais aussi un premier plan bruyant en bas à gauche. L'appareil photo et l'intelligence artificielle ont apparemment eu du mal à déterminer les informations de couleur correctes en basse lumière.

Vous pouvez comparer cela avec une station de radio qui n'a qu'une très mauvaise réception. Pour mieux comprendre ce que dit l'orateur, augmentez le volume. Cependant, cela rend également le bruit plus fort.

Qu'est-ce qu'un pixel ?

Un pixel est une toute petite zone de l'image, et la taille de cette zone peut varier considérablement. Le mot "pixel" est un mot artificiel, composé des termes anglais picture (pix) et element.

Dans les capteurs CMOS, qui sont utilisés dans les caméras, cela fait référence à de minuscules zones sensibles à la lumière qui réagissent aux photons. Contrairement à ce que suggère le malheureux choix de traduction, les pixels des capteurs de l'appareil photo ne sont pas des images rondesPoints, mais des surfaces carrées qui, grâce à un filtre en amont, réagissent différemment à la lumière rouge, verte ou bleue. La photo du nom serait mieuxcellule.

Fonction d'un filtre Bayer qui ne laisse passer que la lumière d'une seule couleur jusqu'au pixel situé derrière. Quatre cases font un pixel. Image : Licence Cburnett et CC BY-SA 3.0

Les cellules individuelles transmettent leurs informations au processeur d'images sous forme d'impulsions électriques.

Il est important qu'un capteur de caméra comporte de nombreux pixels. Étant donné que chacun d'eux ne transmet qu'une des couleurs de base vert, rouge ou bleu au capteur, ce dernier doit calculer les valeurs de couleur réelles. Ce faisant, il s'oriente pour chaque pixel vers les cellules d'image voisines.

Même les capteurs de caméra basse résolution des smartphones et des caméras système ont généralement des millions de pixels, il n'y a donc généralement pas de manque d'informations sur les couleurs.

La taille du capteur et la taille des pixels sont liées

Cependant, la taille d'un pixel dépend aussi de la taille d'un capteur. 18 mégapixels sur un capteur de smartphone entraînent une foule plus dense et donc des pixels plus petits que 18 mégapixels sur un appareil photo système avec un capteur plein format. Parce qu'il est plusieurs fois plus grand. Cela signifie qu'il y a plus d'espace pour chaque pixel.

Comparaison des capteurs d'appareil photo : les appareils photo hybrides et reflex utilisent souvent des capteurs plein format ou APS-C. Des capteurs plus petits sont utilisés dans les smartphones, principalement entre 1/1,3" et 1/3".

La taille des pixels, la quantité et la taille du capteur sont donc liées les unes aux autres.

Une bonne indication pour la taille du capteur ici est le chiffre de 1 pouce. La plupart des appareils photo reflex et système ont des capteurs avec des diamètres plus grands ; smartphones plus petits. Commun sont:

  • Capteurs 35 mm/plein format : presque 3 pouces)
  • Capteurs APS-C : un peu moins de 2 pouces
  • Micro-quatre tiers : 4/3-Zoll
  • Appareils photo compacts nobles : souvent 1 pouce
  • Appareils photo compacts : souvent 1/1,7 ou 1/2,7 pouces
  • Appareils photo pour smartphone : environ 1/1,3 à 1/4 pouce

Incidemment, les "pouces" ici ne sont pas identiques aux "pouces" connus des tailles d'affichage, ce qui correspond à 2,54 cm. Pour des raisons historiques, le pouce pour les capteurs de caméra est adapté au diamètre intérieur des tubes d'enregistrement d'images en pouces, qui est d'environ 2/3 du diamètre extérieur. Étant donné que les premiers capteurs CMOS et CCD étaient destinés à remplacer ces tubes, ils devaient avoir exactement cette taille. Un pouce de capteur d'appareil photo mesure donc 1,59 cm.

La taille en pixels des caméras de smartphone courantes

Quelques exemples de caméras de smartphone courantes autour de l'année 2022/21 en termes de taille de pixel, de nombre de pixels et de taille de capteur :

  • Le capteur principal de Galaxy S21 Ultra 5G mesure 1/1,33 pouce. C'est assez gros pour le capteur d'un smartphone. Cependant, le fabricant Samsung accueille également ici un fier 108 mégapixels afin d'activer le zoom numérique appelé "Space Zoom" avec un grossissement jusqu'à 100x. Il en résulte une taille de pixel assez petite de 0,8µm.
  • Le même Galaxy S21 Ultra 5G est également livré avec deux téléobjectifs. L'un d'eux utilise un nouveau type d'objectif périscope censé permettre un zoom optique 10x. La lumière atteint un capteur de seulement 1/3,24 pouces. Cependant, Samsung le laisse à 10 mégapixels et atteint ainsi une taille de pixel nettement plus grande pour la caméra périscope 1,22µm.

Cela signifie-t-il donc que la caméra périscope du Galaxy S21 Ultra 5G est moins bruyante que la caméra principale ? La question sera intéressante à clarifier. Un inconvénient du système est qu'en raison de la construction de type périscope, seule une ouverture assez petite de f/4,9 est possible. En conséquence, beaucoup moins de lumière pénètre dans le système qu'avec l'appareil photo principal (f/1,8).

Samsung Galaxy S21 Ultra 5G : appareil photo principal avec grand capteur mais petite taille de pixel.

Comparons deux autres caméras pour smartphone avec celle-ci :

  • Apple iPhone 12 Pro Max : Malheureusement, Apple n'annonce pas la taille exacte du capteur de l'appareil photo principal. Selon le fabricant, il est 47 % plus grand que son prédécesseur. Comme le prédécesseur était de 1/2,55", cela se traduirait par une taille de capteur d'environ 1/1,7 pouce pour le 12 Pro Max. Apple 12 mégapixels suffisent ici, donc avec 1,7µm des pixels étonnamment grands sont le résultat.
  • Huawei est généralement connu pour ses puissantes caméras de smartphone. Le dernier produit phare des Chinois au moment de notre article, le Mate 40 Pro+, utilise un capteur incroyablement grand d'une taille de 1/1,28 pouce dans l'appareil photo principal. Parce que Huawei utilise ici 50 mégapixels, les pixels eux-mêmes sont proportionnellement plus petits et mesurent 1,22µm.

Les gros pixels ne sont qu'un ingrédient du plat

Des pixels plus grands ne font pas nécessairement de meilleures images. Bien entendu, cela dépend également des autres propriétés de l'optique, ainsi que de la qualité et de la vitesse du processeur d'image. Un smartphone a la possibilité d'accéder à différents cœurs du CPU.

C'est (à peu près) à quoi ressemble un processeur d'image comme le Canon Digic 7. Graphismes : Canon

La forte puissance de calcul des processeurs modernes permet également des enregistrements multiples de mieux en mieux. Le système prend plusieurs clichés exposés différemment d'un sujet en succession très rapide et les assemble. Cela peut augmenter la plage dynamique pendant la journée (HDR) et rendre les photos de nuit plus lumineuses que le jour. Cela signifie qu'une puissance de calcul élevée peut partiellement compenser certaines des faiblesses de l'optique. Cependant, une taille de pixel plus grande est également avantageuse ici car l'intelligence artificielle qui aide ici dispose de valeurs de base plus précises.

Taille de pixel des appareils photo numériques

La taille des pixels des caméras des smartphones dans notre exemple varie entre 0,8 et 1,7 µm. Les caméras industrielles peuvent avoir des pixels de 5, 10 microns ou même plus.

Sony Alpha 1 : appareil photo plein format haut de gamme sans miroir avec pixels de 4 µm.

Et les "vraies" caméras ? Avec les appareils photo reflex et les appareils photo hybrides, la taille des pixels est généralement supérieure à celle des smartphones, commençant à environ 2 µm et allant jusqu'à plus de 6 µm. Quelques exemples:

  • Sony Alpha 1 : Appareil photo système avec capteur plein format, 50 MP, taille de pixel : 4.06m
  • Nikon Z5 : Appareil photo système avec capteur plein format, 24,3 MP, taille de pixel : 5,97µm
  • Fujifilm X-E4 : Appareil photo système avec capteur APS-C, 26,1 MP. Taille des pixels : 3,77µm
  • Canon EOS 2000D Appareil photo reflex avec capteur APS-C, 24,1 MP. Taille des pixels : 3,72µm
  • Sony ZV-1 : Appareil photo compact avec capteur 1 pouce : 20,1 MP, taille de pixel : 2,41µm

Cela devrait donc servir d'argument pour expliquer pourquoi les appareils photo numériques sont en avance sur les appareils photo des smartphones à certains égards. Leurs pixels sont généralement beaucoup plus grands.

Conclusion

Des pixels plus grands augmentent vos chances d'obtenir une bonne photo. Mais avec ça aussi vraiment Si une bonne image en ressort, cela dépend bien sûr des propriétés globales d'un appareil photo. Mais si vous avez la possibilité de vous procurer un appareil photo avec des pixels plus gros, alors profitez-en ! Cela devrait payer.

Dans cet article, vous avez appris qu'un bon appareil photo ne dépend pas uniquement de la taille du capteur, ni uniquement de la taille des pixels, mais certainement pas de plus en plus de mégapixels. Une bonne interaction des trois valeurs et d'autres paramètres tels qu'une ouverture lumineuse et un processeur d'image puissant sont nécessaires.

Sommaire
  1. Taille des pixels : plus c'est gros, mieux c'est
  2. Peu de lumière, plus de bruit
  3. Qu'est-ce qu'un pixel ?
  4. La taille du capteur et la taille des pixels sont liées
  5. La taille en pixels des caméras de smartphone courantes
  6. Taille de pixel des appareils photo numériques
  7. Conclusion

François Brisson

Vous pouvez retrouvez aussi une section sur les activités sportives journalières et hebdomadaires à faire. Dans cette rubrique, je définis les séances de sport importantes à réaliser chez soi ou en salle de sport. Mais j'écris avant tout, l'actualité du moment.

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