Cet article vise à répondre à la question suivante: comment la taille du capteur de votre appareil photo numérique influence-t-elle différents types de photographie? la taille du capteur équivaut au choix entre les appareils photo 35 mm, moyen et grand format – avec quelques différences notables propres à la technologie numérique. Une grande confusion survient souvent à ce sujet car il existe à la fois de nombreuses options de taille différentes et tant de commerce. offs relatifs à la profondeur de champ, au bruit de l’image, à la diffraction, au coût et à la taille / poids.
Vous trouverez des informations générales sur ce sujet dans le tutoriel sur les capteurs d’appareils photo numériques.
APERÇU DES TAILLES DE CAPTEURS
Les tailles de capteurs offrent actuellement de nombreuses possibilités, en fonction de leur utilisation, de leur prix et de la portabilité souhaitée. La taille relative pour beaucoup d’entre eux est illustré ci-dessous:
Les séries 1Ds / 5D et Nikon D3 de Canon sont les capteurs plein format les plus courants. Les appareils photo Canon tels que le Rebel / 60D / 7D ont tous un facteur de recadrage 1,6X, tandis que les appareils photo reflex Nikon grand public ont un facteur de recadrage 1,5X. Le tableau ci-dessus exclut le facteur de recadrage 1,3X, qui est utilisé dans les appareils photo de la série 1D de Canon.
Les téléphones avec appareil photo et autres appareils photo compacts utilisent des tailles de capteur comprises entre ~ 1/4 « et 2/3 « . Olympus, Fuji et Kodak se sont tous associés pour créer un système 4/3 standard, qui a un facteur de recadrage 2X par rapport au film 35 mm. Il existe des capteurs de format moyen et plus grand, mais ils sont beaucoup moins courants et actuellement d’un coût prohibitif. ne sera donc pas abordé ici spécifiquement, mais les mêmes principes s’appliquent toujours.
CROP FACTOR & FOCAL LENGTH MULTIPLIER
Le facteur de culture est la diagonale du capteur par rapport à un capteur plein format de 35 mm. On l’appelle ainsi parce que lors de l’utilisation d’un objectif 35 mm, un tel capteur rogne efficacement cette grande partie de l’image à l’extérieur (en raison de sa taille limitée).
Angle de vue plein cadre 35 mm Au départ, on pourrait penser que jeter des informations sur l’image n’est jamais idéal, mais cela a ses avantages . Presque tous les objectifs sont les plus nets en leur centre, tandis que la qualité se dégrade progressivement vers les bords. Cela signifie qu’un capteur recadré élimine efficacement les parties de qualité inférieure de l’image, ce qui est très utile lorsque vous utilisez des objectifs de faible qualité (car ceux-ci ont généralement la moins bonne qualité de bord).
Photographie non recadrée
Recadrage central 
Corner Crop D’un autre côté, cela signifie également que l’on porte un objectif beaucoup plus grand que nécessaire – un facteur particulièrement pertinent pour ceux qui portent leur appareil photo pendant périodes de temps (voir la section ci-dessous). Idéalement, on utiliserait presque toute la lumière d’image transmise par l’objectif, et cet objectif serait d’une qualité suffisamment élevée pour que son changement de netteté soit négligeable vers ses bords.
De plus, les performances optiques du grand angle les objectifs sont rarement aussi bons que les focales plus longues. Puisqu’un capteur recadré est obligé d’utiliser un objectif à angle plus large pour produire le même angle de vue qu’un capteur plus grand, cela peut dégrader la qualité. Des capteurs plus petits élargissent également davantage la région centrale de l’objectif, de sorte que sa limite de résolution est susceptible d’être plus apparente pour les objectifs de qualité inférieure. Pour en savoir plus, consultez le didacticiel sur la qualité de l’objectif de l’appareil photo.
De même, le multiplicateur de distance focale relie la distance focale d’un objectif utilisé sur un format plus petit à un objectif 35 mm produisant un angle de vue équivalent, et est égal au facteur de récolte. Cela signifie qu’un objectif 50 mm utilisé sur un capteur avec un facteur de recadrage 1,6X produirait le même champ de vision qu’un objectif 1,6 x 50 = 80 mm sur un capteur plein format 35 mm.
Soyez averti que ces deux termes peuvent être quelque peu trompeurs. La distance focale de l’objectif ne change pas simplement parce qu’un objectif est utilisé sur un capteur de taille différente – juste son angle de vue. Un objectif de 50 mm est toujours un objectif de 50 mm, quel que soit le type de capteur. Dans le même temps, le « facteur de recadrage » peut ne pas être approprié pour décrire de très petits capteurs car l’image n’est pas nécessairement recadrée (lorsque vous utilisez des objectifs conçus pour ce capteur).
CONSIDÉRATIONS SUR LA TAILLE ET LE POIDS DE L’OBJECTIF
Les capteurs plus petits nécessitent des objectifs plus légers (pour un angle de vue, une plage de zoom, une qualité de construction et une plage d’ouverture équivalents). Cette différence peut être critique pour la photographie animalière, de randonnée et de voyage, car tous utilisent souvent des objectifs plus lourds ou nécessitent un équipement de transport pendant de longues périodes.Le tableau ci-dessous illustre cette tendance pour une sélection de téléobjectifs Canon typiques de la photographie sportive et animalière:
Une implication de ceci est que si l’on oblige le sujet à occuper la même fraction de l’image sur un appareil photo 35 mm que l’utilisation d’un objectif 200 mm f / 2,8 sur un appareil photo avec un facteur de recadrage 1,5X (nécessitant un 300 mm objectif f / 2,8), il faudrait porter 3,5 fois plus de poids! Cela ignore également la différence de taille entre les deux, qui peut être importante si l’on ne veut pas attirer l’attention en public. De plus, les objectifs plus lourds coûtent généralement beaucoup plus cher.
Pour Les appareils photo reflex et les capteurs de plus grande taille donnent des images du viseur plus grandes et plus claires, ce qui peut être particulièrement utile lors de la mise au point manuelle. Cependant, ceux-ci seront également plus lourds et coûteront plus cher car ils nécessitent un prisme / pentamiroir plus grand pour transmettre la lumière de l’objectif dans le viseur et vers votre œil.
EXIGENCES DE LA PROFONDEUR DE CHAMP
Au fur et à mesure que la taille du capteur augmente, la profondeur de champ diminue pour une ouverture donnée (lors du remplissage du cadre avec un sujet de même taille et de même distance). En effet, les capteurs plus grands nécessitent de se rapprocher de leur sujet ou d’utiliser une distance focale plus longue afin de remplir le cadre avec ce sujet. Cela signifie qu’il faut utiliser des ouvertures de plus en plus petites pour conserver la même profondeur de champ sur des capteurs plus grands. Le calculateur suivant prédit l’ouverture et la distance focale requises pour obtenir la même profondeur de champ (tout en conservant la perspective).
* Si la même perspective est souhaitée.
À titre d’exemple calcul, si l’on voulait reproduire la même perspective et profondeur de champ sur un capteur plein format que celle obtenue avec un objectif 10 mm à f / 11 sur un appareil photo avec un facteur de recadrage 1,6X, il faudrait utiliser un objectif 16 mm et une ouverture d’environ f / 18. Alternativement, si l’on utilisait un objectif 50 mm f / 1,4 sur un capteur plein format, cela produirait une profondeur de champ si peu profonde qu’elle nécessiterait une ouverture de 0,9 sur un appareil photo avec un facteur de recadrage 1,6X – pas possible avec les objectifs grand public!
Portrait (DoF peu profond)
Paysage (grande DoF)
Une profondeur de champ plus faible peut être souhaitable pour les portraits car elle améliore le flou d’arrière-plan, alors qu’un une plus grande profondeur de champ est souhaitable pour la photographie de paysage. C’est pourquoi les appareils photo compacts ont du mal à produire un flou d’arrière-plan significatif dans les portraits, tandis que les appareils photo grand format ont du mal à produire une profondeur de champ adéquate dans les paysages.
Notez que la calculatrice ci-dessus suppose que vous avez un objectif sur le nouveau capteur (# 2) qui peut reproduire le même angle de vue que sur le capteur d’origine (# 1). Si vous utilisez à la place le même objectif, les exigences d’ouverture restent les mêmes (mais vous devrez vous rapprocher de votre sujet). Cette option, cependant, change également la perspective.
INFLUENCE DE LA DIFFRACTION
Des capteurs plus grands peuvent utiliser des ouvertures plus petites avant que le disque aérien de diffraction ne devienne plus grand que le cercle de confusion (déterminé par la taille d’impression et critères de netteté). Ceci est principalement dû au fait que les capteurs plus grands n’ont pas besoin d’être agrandis autant pour obtenir la même taille d’impression. À titre d’exemple: on pourrait théoriquement utiliser un capteur numérique aussi grand que 8×10 pouces, et ainsi son image n’aurait pas du tout besoin d’être agrandie pour une impression 8×10 pouces, alors qu’un capteur 35 mm nécessiterait un agrandissement significatif.
Utilisez la calculatrice suivante pour estimer le moment où la diffraction commence à réduire la netteté. Notez que cela ne montre que lorsque la diffraction sera visible lors de la visualisation à l’écran à 100% – si cela sera apparent dans l’impression finale dépend également de la distance de visualisation et de la taille d’impression. Pour calculer cela également, veuillez visiter: limites de diffraction et photographie.
Gardez à l’esprit que le début de la diffraction est progressif, donc des ouvertures légèrement plus grandes ou plus petites que la limite de diffraction ci-dessus ne seront pas toutes d’un coup d’œil meilleur ou pire, respectivement. De plus, ce qui précède n’est qu’une limite théorique; les résultats réels dépendront également des caractéristiques des verres. Les schémas suivants montrent la taille du disque aéré (capacité de résolution maximale théorique) pour deux ouvertures par rapport à une grille représentant la taille des pixels:
Résolution des limites de densité de pixels
(Shallow DOF Requirement)
Résolution des limites du disque aérien
(Exigence DOF profonde)
Une implication importante des résultats ci-dessus est que le pixel limité par la diffraction la taille augmente pour les capteurs plus grands (si les exigences de profondeur de champ restent les mêmes).Cette taille de pixel fait référence au moment où la taille du disque aéré devient le facteur limitant de la résolution totale – et non la densité de pixels. De plus, la profondeur de champ limitée par la diffraction est constante pour toutes les tailles de capteur. Ce facteur peut être critique lors du choix d’une nouvelle caméra pour votre utilisation prévue, car plus de pixels ne fournissent pas nécessairement plus de résolution (pour vos besoins en profondeur de champ). En fait, davantage de pixels pourraient même nuire à la qualité de l’image en augmentant le bruit et en réduisant la plage dynamique (section suivante).
PIXEL SIZE: NOISE LEVELS & DYNAMIC RANGE
Les capteurs plus grands ont généralement aussi des pixels plus grands (bien que ce ne soit pas toujours le cas), ce qui leur donne le potentiel de produire un bruit d’image plus faible et une plage dynamique plus élevée. La plage dynamique décrit la plage de tons qu’un capteur peut capturer en dessous lorsqu’un pixel devient complètement blanc, mais encore au-dessus lorsque la texture est indiscernable du bruit de fond (presque noir). Étant donné que les pixels plus grands ont un plus grand volume – et donc une plus grande plage de capacité photonique – ils ont généralement une plage dynamique plus élevée.
Remarque: cavités montré sans filtres de couleur présents
De plus, les pixels plus grands reçoivent un plus grand flux de photons pendant un temps d’exposition donné (au même f-stop), donc leur signal lumineux est beaucoup plus fort. Pour une quantité donnée de bruit de fond, cela produit un rapport signal / bruit plus élevé – et donc une photo plus lisse.
Plus grande Pixels (avec un capteur plus grand)
Pixels plus petits (avec un capteur plus petit)
Ce n’est pas toujours le cas, car la quantité de bruit de fond dépend également du processus de fabrication du capteur et de l’efficacité avec laquelle la caméra extrait les informations tonales de chaque pixel (sans introduire de bruit supplémentaire). En général cependant, la tendance ci-dessus est vraie. Un autre aspect à considérer est que même si deux capteurs ont le même bruit apparent lorsqu’ils sont vus à 100%, le capteur avec le nombre de pixels le plus élevé produira une impression finale plus nette. En effet, le bruit est moins agrandi pour le capteur de nombre de pixels le plus élevé (pour une taille d’impression donnée), donc ce bruit a une fréquence plus élevée et semble donc plus fin.
COÛT DE PRODUCTION DE CAPTEURS NUMÉRIQUES
Le coût d’un capteur numérique augmente considérablement à mesure que sa superficie augmente. Cela signifie qu’un capteur avec deux fois la superficie coûtera plus de deux fois plus cher, donc vous payez effectivement plus par unité « immobilier de capteur » lorsque vous passez à des tailles plus grandes.
Silicon Wafer (divisé en petits capteurs)
Silicon Wafer (divisé en gros capteurs)
On peut comprendre cela en regardant comment les fabricants fabriquent leurs capteurs numériques. Chaque capteur est découpé dans une plus grande feuille de silicium appelée plaquette, qui peut contenir des milliers de puces individuelles. Chaque tranche est extrêmement chère (des milliers de dollars), donc moins de puces par tranche se traduisent par un coût par puce beaucoup plus élevé. De plus, le risque qu’un défaut irréparable (trop de pixels chauds ou autre) se retrouve dans un capteur donné augmente avec la surface du capteur, donc le pourcentage de capteurs utilisables diminue avec l’augmentation de la surface du capteur (rendement par tranche). En supposant que ces facteurs (puces par tranche et rendement) sont les plus importants, les coûts augmentent proportionnellement au carré de la surface du capteur (un capteur 2X aussi gros coûte 4X autant). La fabrication dans le monde réel a une relation taille / coût plus compliquée, mais cela vous donne une idée de la montée en flèche des coûts.
Cela ne veut pas dire que certains capteurs de taille seront toujours d’un coût prohibitif; leur prix peut éventuellement baisser, mais le coût relatif d’un capteur plus grand restera probablement beaucoup plus cher (par unité de surface) par rapport à une taille plus petite.
AUTRES CONSIDÉRATIONS
Certains Les objectifs ne sont disponibles que pour certaines tailles de capteur (ou peuvent ne pas fonctionner comme prévu), ce qui pourrait également être un facteur à prendre en considération si ceux-ci vous aident à votre style de photographie. Un type notable est les lentilles d’inclinaison / décalage, qui permettent d’augmenter (ou de diminuer) la profondeur de champ apparente en utilisant la fonction d’inclinaison. Les objectifs à inclinaison / décalage peuvent également utiliser le décalage pour contrôler la perspective et réduire (ou éliminer) les lignes verticales convergentes causées par la visée de la caméra au-dessus ou au-dessous de l’horizon (utile en photographie architecturale). De plus, les objectifs ultra-grand angle rapides (f / 2,8 ou plus) ne sont pas aussi courants pour les capteurs recadrés, ce qui peut être un facteur décisif si nécessaire dans le sport ou le photojournalisme.
CONCLUSIONS: DÉTAIL GÉNÉRAL DE L’IMAGE & FACTEURS DE CONCURRENCE
La profondeur de champ est beaucoup moins profonde pour les capteurs de plus grand format, mais on peut également utiliser un une ouverture plus petite avant d’atteindre la limite de diffraction (pour la taille d’impression et les critères de netteté choisis). Alors, quelle option a le potentiel de produire la photo la plus détaillée? Des capteurs plus grands (et donc un nombre de pixels plus élevé) produisent sans aucun doute plus de détails si vous pouvez vous permettre de sacrifier la profondeur de champ. En revanche, si vous souhaitez conserver la même profondeur de champ, des capteurs de plus grande taille n’ont pas forcément un avantage de résolution. De plus, la profondeur de champ limitée par la diffraction est la même pour toutes les tailles de capteur. En d’autres termes, si l’on utilisait la plus petite ouverture avant que la diffraction ne devienne significative, toutes les tailles de capteur produiraient la même profondeur de champ – même si l’ouverture limitée de diffraction sera différente.
Un autre résultat important est que si la profondeur de champ est le facteur limitant, le temps d’exposition requis augmente avec la taille du capteur pour la même sensibilité. Ce facteur est probablement le plus pertinent pour la photographie macro et nocturne. Notez que même si les photos peuvent être prises avec un ordinateur de poche dans un format plus petit, ces mêmes photos ne seront pas nécessairement prises avec un ordinateur de poche dans un format plus grand.
D’un autre côté, les temps d’exposition ne peuvent pas nécessairement augmenter jusqu’à un pourrait supposer initialement, car les capteurs plus gros ont généralement un bruit plus faible (et peuvent donc se permettre d’utiliser un réglage ISO de sensibilité plus élevé tout en conservant un bruit perçu similaire).
Idéalement, le bruit perçu les niveaux (à une taille d’impression donnée) diminuent généralement avec des capteurs d’appareils photo numériques plus grands (quelle que soit la taille des pixels).
Quelle que soit la taille des pixels, les capteurs plus grands ont inévitablement plus de zone de collecte de lumière. Théoriquement, un capteur plus grand avec des pixels plus petits aura toujours un bruit apparent inférieur (pour une taille d’impression donnée) qu’un capteur plus petit avec des pixels plus grands (et un nombre total de pixels qui en résulte beaucoup plus faible). En effet, le bruit de la caméra à résolution plus élevée est moins agrandi, même s’il peut sembler plus bruyant à 100% sur l’écran de votre ordinateur. En variante, on pourrait en théorie faire la moyenne des pixels adjacents dans le capteur de nombre de pixels supérieur (réduisant ainsi le bruit aléatoire) tout en atteignant toujours la résolution du capteur de nombre de pixels inférieur. C’est pourquoi les images réduites pour le Web et les petits tirages semblent si exempts de bruit.
Dans l’ensemble: les capteurs plus grands offrent généralement plus de contrôle et une plus grande flexibilité artistique, mais à le coût d’exiger des objectifs plus grands et un équipement plus coûteux. Cette flexibilité permet de créer une profondeur de champ plus faible que possible avec un capteur plus petit (si vous le souhaitez), tout en atteignant une profondeur de champ comparable à un capteur plus petit en utilisant une vitesse ISO plus élevée et une ouverture plus petite (ou lors de l’utilisation d’un trépied. ).