26 octobre 2022

Avantages et inconvénients des capteurs d’appareil photo plus grands

Par Gaëtan Berthouly

26 octobre 2022


Dans la vie il existe des humains de plusieurs tailles. Chez les appareils photos c’est pareil : il existe des capteurs d’image de plusieurs tailles.

Et plus un capteur est grand (ou petit) plus il aura certains inconvénients et certain avantages. Et c’est le sujet du jours : quels sont les avantages et les inconvénients d’un plus grand capteur ?

Si les capteurs vous intéressent j’ai aussi écrit deux autres articles qui pourraient vous intéresser :

Allez en avant Guingamp !

Pourquoi la taille du capteur d’un appareil photo est importante ?

La taille du capteur d’un appareil photo détermine la quantité de lumière utilise pour créer une photo.

Rappel

Les capteurs photos sont constitués de millions de photosites qui servent à collecter l’information lumineuse. Donc, un capteur plus grand peut recueillir plus d’informations qu’un capteur plus petit pour un même temps de pose et une même ouverture.

Capteur composé de millions de photosites
source : Wikipédia

Ainsi un capteur plus grand produit de manière générale de « meilleures photos » (une plus large gamme dynamique, moins de bruit et plus de détails comme on le verra plus après dans l’article).

MAIS ! Il faut quand même nuancer ses propos. La taille du capteur seule ne suffit pas pour faire une estimation raisonnable de la qualité d’image qu’offre un boîtier photo. Il faut aussi prendre en compte la combinaison des éléments suivants :

  • La qualité du capteur : la qualité et l’âge du matériel utilisé pour fabriquer le capteur. Un matériel plus récent produira une meilleure qualité d’image (si le reste est constant).
  • La qualité du micrologiciel: les algorithmes et le code qui font fonctionner les systèmes d’exploitation et le traitement des images de l’appareil photo. Un logiciel récent permet généralement d’obtenir une meilleure qualité d’image (si le reste est constant).
  • La largeur des photosites : aussi appelé « pas de photosites ». Il s’agit de la largeur de photosite carré, qui détermine également sa surface.
  • Le nombre de mégapixels : le nombre total de pixels produit par le capteur (et donc le nombre de photosites).
  • La profondeur de bits : combien de couleurs et de valeurs tonales le capteur peut capturer et afficher dans l’image finale.

Plus récent c’est mieux ?

Alors déjà pour faire une comparaison pertinente entre 2 tailles de capteurs, il faut essayer de comparer sur des années et des technologies similaires.

Ensuite, généralement, oui, récent signifie « meilleur » pour des gammes de prix et des tailles de capteurs équivalents.

Enfin, vous n’avez pas forcément besoin du dernier et du meilleur boîtier pour capturer des photos de hautes qualitées (ne rachetez pas chaque année !). Mais gardez en tête que chaque génération d’appareil photo s’améliore légèrement dans les domaines mentionnés ci-dessus.

Bref, à partir de là nous allons voir différents paramètres qu’impacte la taille du capteur.

Taille du capteur et bruit numérique

La surface d’un capteur d’appareil photo 24×36 est plus grande, et généralement des pixels plus grands (bien que ce ne soit pas toujours le cas) reçoivent un flux plus important de photons pour

  • une même quantité de lumière reçue,
  • un même temps de pose,
  • et une même ouverture.

Ainsi, leur signal lumineux est beaucoup plus fort, et pour une même quantité de bruit générée, cela produit un rapport signal/bruit plus élevé, et donc une photo plus nette avec moins de bruit visible.

Remarque

Ce n’est pas toujours le cas, car la quantité de bruit dépend également :

-du processus de fabrication du capteur,

-et de l’efficacité avec laquelle le boîtier extrait les informations tonales de chaque pixel (sans introduire de bruit supplémentaire).

Cela permet donc aux grands capteurs d’être plus performant dans les scénarios de prise de vue en basse lumière qu’un boîtier avec un capteur plus petit.

https://unsplash.com/photos/uSaUiPr4Bfw

Concrètement si vous prenez une photo à 800 ISO, elle présentera moins de bruit numérique avec un boîtier 24×36 qu’un boîtier avec un capteur plus petit (APS-C, Micro 4/3…).

Remarque

La norme ISO n’est pas la même pour toutes les marques, et encore moins pour les tailles de capteur, mais je ne détaillerai pas le sujet ici pour ne pas trop allonger l’article déjà bien long.

« Tu parlais de rapport signal/bruit juste avant, qu’est-ce que c’est exactement ?« 

Il faut savoir que les capteurs CMOS produisent toujours une petite quantité de bruit . On pourrait comparer le bruit aux parasites qu’on entend en fond à la radio. Et même les meilleurs boîtiers avec des réglages optimaux produisent de petites quantités de bruit. Ce bruit varie en fonction de la marque et du modèle du boîtier ainsi que des réglages.

À mesure qu’un capteur recueille plus de lumière, il produit un signal plus important, et donc le bruit est moins visible dans la photo (pour une même valeur ISO).

Le rapport signal/bruit est utilisé pour décrire ce phénomène.
Schéma de l’augmentation du signal pour un même ISO, augmentation du rapport signal / bruit, diminution du bruit visible
  • Les photosites à gauche ont un rapport signal/bruit faible car ils présentent un pourcentage plus élevé de bruit par rapport au signal, ce qui produit un bruit plus visible dans la photo.
  • Les photosites à droite ont un rapport signal/bruit élevé car ils présentent un pourcentage plus faible de bruit par rapport au signal, ce qui produit un bruit moins visible dans la photo.
https://www.pexels.com/fr-fr/photo/nourriture-cocktail-boire-fruits-12672168/

On pourrait faire un parallèle avec un verre de sirop. Si vous mettez un peu de sirop (bruit) au fond d’un verre, plus vous ajoutez d’eau (le signal) moins vous allez voir le sirop (bruit).

Donc l’objectif quand vous exposez c’est de remplir chaque pixel jusqu’au maximum de sa valeur tonale correspondante pour augmenter le rapport signal/bruit et la qualité de la photo mais sans écrêter ou perdre des données.

Si on reprend notre parallèle avec le sirop, on va chercher à ajouter le maximum d’eau sans faire déborder le verre.

Exposition et bruit

Une exposition incorrecte, et notamment la sous-exposition diminue le rapport signal/bruit, ce qui rend le bruit plus visible. Donc avoir un grand capteur sous-exposé ne sert pas à grand chose.

C’est pourquoi exposer correctement est important. Pour le numérique, on expose pour les hautes lumières (on dit aussi « exposer à droite ») à la limite de l’écrêtement, et on surexpose de +1,33 stops pour optimiser en mesure incidente (avec un posemètre externe).

Cela permet d’obtenir des rapports signal/bruit plus élevés et une meilleure qualité d’image globale ( si les pixels les plus clairs ne sont pas cramés bien sûr).

En mesure réfléchie (avec le posemètre interne du boîtier), « naturellement » les boîtiers sous-expose, ici il existe de nombreuses techniques pour optimiser l’exposition (j’en parlerai dans un article dédié).

Par ailleurs, le bruit n’apparait pas de la même façon sur l’ensemble d’une photo.

  • Les photos qui contiennent de grandes proportions de valeurs tonales sombres auront un rapport signal/bruit plus faible, révélant un bruit plus visible. C’est l’une des raisons pour lesquelles les photos de faible luminosité et de ciel nocturne contiennent autant de bruit.
  • Les photos qui contiennent une plus grande proportion de valeurs tonales claires auront un rapport signal/bruit plus élevé, révélant un bruit moins visible.

Si vous aimez la photographie à faible luminosité ou l’astrophotographie (ciel nocturne, étoiles, Voie lactée ou aurores boréales), un boîtier 24×36 avec un grand capteur est le meilleur choix.

Remarque

En astrophotographie les niveaux de lumière sont si faibles qu’une grande quantité de bruit est inévitable. Et les astrophotographes le savent bien, c’est une des raisons pour lesquelles ce type de photo demande beaucoup de post-traitement.

Ce qu’il faut retenir :

  • Un plus grand capteur pour une même quantité de photosites produit moins de bruit.
  • Une plus grande quantité de photosites pour une même surface de capteur produit plus de bruit.
  • Une exposition correcte est importante pour avoir le moins de bruit possible.
  • Les zones sombres d’une photo rendent le bruit plus visible.
  • Les capteurs 24×36 sont conseillés pour les photos à faible luminosité.

Taille du capteur, plage dynamique et ISO

La plage dynamique est définie comme la différence entre la valeur tonale la plus claire (le signal le plus fort) et la valeur tonale la plus sombre (le signal le plus faible) capturés par un capteur dans une seule photo.

Plus la plage dynamique est grande, plus la gamme de valeurs tonales et de couleurs que chaque photo peut capturer et afficher est étendue.

Par exemple, un appareil photo avec une plage dynamique élevée permettra de capturer plus de détails dans les ombres et les hautes lumières d’une scène très contrastée comme un paysage en plein soleil.

https://www.pexels.com/fr-fr/photo/la-grande-muraille-de-chine-1423580/

Globalement, les grands capteurs avec des photosites plus grands ont un volume plus important et donc une plus grande capacité d’accueil de photons, et une plus large plage dynamique que des capteurs plus petits pour un même nombre de photosites.

La plage dynamique et les ISO sont liées. Commençons par les ISO, ils déterminent deux choses :

  1. l’amplification du signal (et le bruit lié),
  2. et la quantité de lumière nécessaire pour obtenir une exposition correcte.

Plus la valeur ISO est élevée, moins il faut de lumière (signal) pour produire la même valeur tonale. Ce qui réduit la gamme dynamique également (qui est le reflet du signal).

D’un autre côté à mesure que la valeur ISO augmente, le bruit est amplifié. Si le signale diminue et que le bruit augmente : le rapport signal/bruit diminue, on pourrait dire qu’on rajoute plus de sirop tout en enlevant de l’eau.

En résumé :

  • Des ISO plus élevés = moins de lumière requise = rapport Signal/Bruit plus faible = plage dynamique plus faible = plus de bruit numérique visible.
  • Des ISO plus faibles = Plus de lumière requise = rapport Signal/Bruit plus élevé = plage dynamique plus grande = moins de bruit numérique visible.
Schéma valeur ISO, bruit et rapport signal/bruit

Donc, pour maximiser la plage dynamique utilisez l’ISO le moins élevé possible (autour de 100 ou 200 ISO en général), plutôt que des réglages ISO plus élevés qui amplifient le bruit numérique.

Mais, gardez aussi en tête que de nos jours les capteurs sont performants. On peut souvent monter jusqu’à :

  • 800-1600 ISO sur APS-C
  • et 1600-3200 ISO sur 24×36 (voire plus)

sans obtenir trop de bruit visible sur ses photos.

Rappel

La plage dynamique est exprimée en stop ou diaphragme qui est l’unité de mesure de la lumière. Pour chaque augmentation d’un diaphragme (+1 stop) : la quantité d’informations lumineuses recueillie double. Et pour chaque diminution d’un diaphragme (-1 stop), la quantité d’informations lumineuses recueillie est divisée par 2.

Le meilleur fabriquant de capteur

Sony produit actuellement des capteurs à plage dynamique parmi les plus élevées du marché pour les boîtiers 24×36. Ces capteurs sont évalués à environ 14,8 stops de plage dynamique. C’est pour cette raison que Nikon utilise des capteurs Sony dans certains de ses boîtiers.

Ces nouveaux capteurs produisent également une quantité extrêmement faible de bruit à des valeurs ISO très élevées comme 5000 ou 6400 ISO.

Canon continue de produire ses propres capteurs, dont la plage dynamique est nettement inférieure (environ 11,8 stops). Ils produisent également une quantité de bruit beaucoup plus importante à des valeurs ISO élevées.

Sony fabrique de meilleurs capteurs que Canon pour la photographie de paysage et d’extérieur actuellement (mais ça peut changer très vite, le Canon EOS R5 serait autour des 14 stops).

Un capteur plus grand (24×36) peut recueillir plus de lumière avec moins de bruit, ce qui le rend pertinent si vous n’avez pas de flash pour la photographie de nuit et en intérieur sombre .

Ce qu’il faut retenir :

  • Les capteurs plus grands capturent une plus grande gamme dynamique (et donc plus de détails dans les valeurs tonales extrêmes).
  • Les capteurs plus grands produisent moins de bruit pour une même valeur ISO.
  • Diminuer les ISO permet de diminuer le bruit, de capturer plus de plage dynamique et d’avoir une photo plus nette (car moins de bruit).
  • Mais il ne faut pas pour autant avoir peur de monter ses ISO si nécessaire, de nos jours on peut souvent monter jusqu’à 800-1600 ISO sur APS-C et 1600-3200 ISO sur 24×36 (voire plus) sans obtenir trop de bruit.

Taille de capteur, encombrement et poids

Un capteur plus grand prendra plus de place et aura donc besoin d’un boîtier plus gros et lourd. Un grand capteur implique aussi un objectif plus gros et lourd pour projeter une photo d’une taille suffisante sur lui.

C’est la raison pour laquelle les fabricants de smartphones s’en tiennent généralement à des capteurs de très petite taille pour que le tout puisse rentrer dans une poche sans s’encombrer d’objectifs plus grands. Et ça explique aussi pourquoi les objectifs et boîtiers avec un grand capteur sont aussi encombrants et lourds (et plus cher surtout pour les très gros objectifs).

Remarque

Avec l’apparition des hybrides et le retrait du système de miroir, les boîtiers 24×36 sont devenus plus légers et moins encombrants.

Et donc les capteurs plus petits nécessitent des objectifs plus légers (à angle de champ, plage de zoom, qualité de fabrication et plage d’ouverture équivalents), pertinent pour la photographie animalière, de randonnée et de voyage, car toutes ces activités nécessitent le transport de matériel pendant de longues périodes.

Parfois il vaut mieux opter pour un petit capteur pour voyager léger !
https://unsplash.com/photos/vfWAYeKye58

Pour que vous compreniez mieux la différence d’encombrement et de poids : si on souhaitait qu’un sujet occupe la même portion de la photo sur un boîtier 24×36 équipé d’un objectif 200 mm f/2.8 qu’avec un boîtier APS-C (facteur de recadrage de x1,5) il faudrait un objectif 300 mm f/2.8, et donc transporter 3,5 fois plus de poids !

Si le HTC One était équipé d’un capteur Full Frame plutôt que d’un capteur 1/3″, il ne tiendrait pas dans votre poche, comme le montre cette comparaison avec le Canon 5D Mark III.

Ce qu’il faut retenir :

  • Les grands capteurs impliquent un matériel plus lourd et plus encombrant.
  • Les boîtiers hybrides ont permis de diminuer le poids et l’encombrement des boîtiers
  • Un boîtier plus léger et compact avec un capteur plus petit est pertinent pour certains types de photos comme la photographie animalière, de randonnée et de voyage

Taille de capteur et prix

Le coût de production de capteurs plus grands signifie également que les boîtiers qui en sont équipés ont un prix plus élevé. Et d’ailleurs les objectifs pour 24×36 sont aussi plus chers.

En effet, le coût d’un capteur numérique augmente de façon spectaculaire à mesure que sa surface augmente. Un capteur d’une surface deux fois plus grande coûtera plus de deux fois plus cher, ce qui signifie que vous payez plus cher par unité de « surface de capteur » lorsque vous passez à des tailles plus grandes.

Cela s’explique par le fait que chaque capteur est découpé à partir d’une feuille de silicium plus grande. Chaque tranche est extrêmement coûteuse (des milliers de dollars).

Hors plus la surface du capteur est grande plus la probabilité qu’un défaut irréparable soit présent sur le capteur augmente. Donc quand on produit des grands capteurs on se retrouve avec un plus grand nombre de capteur avec un défaut et donc bon à jeter. Ce phénomène augmente le coût de production par surface et réduit le rendement. Ainsi le capteur revient plus cher à produire, et sera généralement vendu plus cher pour compenser.

En gros, les coûts augmentent proportionnellement au carré de la surface du capteur, ce qui signifie qu’un capteur deux fois plus grand coûte quatre fois plus cher. La fabrication réel présente une relation taille/coût plus complexe, mais cela vous donne une idée de l’augmentation du coût de production.

Ce qu’il faut retenir :

  • Plus le capteur est grand, plus le boîtier qui le loge est cher.
  • Plus le capteur est grand, plus les objectifs liés sont chers.

Taille de capteur, profondeur de champ et perspective

Les capteurs de grandes tailles offrent une profondeur de champ plus faible que les capteurs de petites tailles pour une même ouverture, une même distance focale et un cadrage identique (= le sujet occupe les mêmes proportions dans la photo.

Je développe pour « un cadrage identique ». Pour conserver le même cadrage à une distance focale identique, on se rapprocher de son sujet. Ça paraît rien comme ça, mais ça change la photo. S’approcher du sujet modifie le grandissement (car il dépend de la distance de prise de vue et de la distance focale) et la perspective.

Quand la distance diminue pour une même distance focale, le grandissement augmente et donc la profondeur de champ diminue. L’exemple frappant que vous pouvez garder en tête c’est la macrophoto avec une profondeur de champ de quelques millimètres seulement !

https://unsplash.com/photos/0VEpqskYPgI

En fait, c’est le fait de devoir se rapprocher en 24×36 pour obtenir un cadrage équivalent qui diminue la profondeur de champ par rapport à celle obtenue sur APS-C (pour une ouverture et une distance focale fixes toujours).

Approfondissement

Grossièrement, devoir s’approcher 1,5 fois plus près avec un 24×36 diminue la profondeur de champ d’un facteur 1,5 par rapport à l’APS-C. L’écart entre deux diaphragme étant un facteur 1,4 (exemple : f/2×1.4= 2.8 qui est le stop d’ouverture suivante…), on a une diminution de profondeur de champ de l’ordre d’un diaphragme.

Pour une même distance focale et un cadrage identique :

  • Quand on passe d’un un Micro 4/3 à APS-C on perd 1 diaphragme de profondeur de champ. Par exemple : f/2.8 sur un Micro 4/3 est équivalent à f/2 sur APS-C de profondeur de champ.
  • Quand on passe d’un APS-C à un 24×36 on perd 1 diaphragme de profondeur de champ. Par exemple : f/2.8 sur 24×36 revient à f/2 sur APS-C.
  • Quand on passe d’un 24×36 à un moyen format on perd 1 diaphragme de profondeur de champ. Par exemple : f/2.8 sur un moyen format est équivalent à f/2 sur 24×36.
  • Et donc quand on passe d’APS-c à moyen format on perd deux diaphragmes de profondeur de champ. Par exemple : f/4 en moyen format revient à f/2.8 sur APS-C.

La première photo est prise avec un capteur APS-C, une distance focale de 50mm et une ouverture de f/4. La distance de prise de vue est de 1m50 par rapport à la plante.

Boîtier APS-C, focale 50 mm, ouverture f/4
On devrait se mettre à f/2.8 (-1 diaphragme) pour obtenir la même profondeur de champ que sur 24×36

La seconde photo est prise avec un capteur 24×36, une distance focale et une ouverture identiques. Mais la distance de prise de vue est réduite à 1 m pour conserver le cadrage.

Boîtier 24×36, focale 50 mm, ouverture f/4
On devrait se mettre à f/5.6 (+1 diaphragme) pour obtenir la même profondeur de champ que sur APS-C

On observe que la profondeur de champ est légèrement plus réduite (environ un diaphragme de moins) avec la photo au 24×36.

Cela signifie aussi qu’il faut utiliser des ouvertures de plus en plus grande pour conserver la même profondeur de champ sur des capteurs plus petits.

La perspective dépend uniquement du point de vue du photographe par rapport au sujet. La distance de prise de vue avec le sujet va influencer le point de vue et donc la perspective (je parle de perspective et de point de vue dans cet article). Toujours à cadrage égal, plus on est proche, plus la perspective est accentuée.

D’autre part, l’angle de champ couvert avec un boîtier 24×36 est plus large qu’avec un boîtier APS-C, ce qui modifie aussi l’étendue de l’arrière-plan visible à taille de sujet identique dans le cadre:

Si on reprend notre exemple juste avant, on observe que l’arrière-plan est plus étendu avec la photo au 24×36 :

Boîtier APS-C, focale 50 mm, ouverture f/4
L’arrière-plan est plus restreint par rapport à la photo prise avec le 24×36 (comparez les bords)
Boîtier 24×36, focale 50 mm, ouverture f/4
L’arrière-plan est plus étendu par rapport à la photo prise avec l’APS-C (comparez les bords

Remarque

Par ailleurs, plus la taille du capteur de votre appareil photo est grande, plus la distance hyperfocale sera proche, ce qui peut jouer sur l’endroit où vous faîtes la mise au point en photo de paysage.

On peut aussi jouer sur la distance focale (et donc l’angle de champ) et l’ouverture pour prendre la même photo. Par exemple pour reproduire une photo prise à :

  • 28 mm à f/2.8 sur un boîtier 24×36, il faudrait un objectif 4 mm à f/0.4 sur un capteur 1/3″ d’un téléphone portable!
  • 10 mm à f/11 sur un boîtier APS-C Canon (x1,6), il faudrait un objectif de 16 mm à environ f/18 sur 24×36.
  • 50 mm f/1.4 sur un capteur 24×36, il faudrait une ouverture de f/0.9 sur un un boîtier APS-C Canon (x1,6).

« Mais du coup je dois viser plutôt une grande ou une faible profondeur de champ ?« 

Ça dépend totalement de vous, des autres critères à prendre en compte par rapport à votre pratique et du rendu que vous cherchez :

  • un boîtier à grand capteur avec une faible profondeur de champ peut être un atout pour les portraits car il permet d’avoir un flou d’arrière-plan plus facilement (ce qui est souvent recherché en extérieur notamment),
  • un boîtier à petit capteur avec une grande profondeur de champ peut être un atout pour la photographie de paysage ou de macro.

Remarques

L’avantage d’un petit capteur peut diminuer en cas de faible luminosité et d’ISO supérieur à 800 ISO qui génèrera du bruit sur APS-C et réduira donc la netteté globale, aussi bien pour la macro que pour le paysage.

En macro les avis sont assez partagés sur le sujet : on retrouve les 2 types capteurs. Les macrophotographes sont divisés entre la plus grande profondeur de champ et le facteur de recadrage obtenu par un APS-C et les meilleures performances en basse luminosité obtenue avec un 24 x 36 (on manque souvent de lumière en macro).

En paysage, malgré l’encombrement, on retrouve souvent une majorité de grands capteurs pour avoir plus de détails et de meilleurs résultats pendant les heures magiques où la lumière peut être très faible. Pareil pour l’astrophotographie.

Ce qu’il faut retenir :

  • Plus le capteur est grand, plus la profondeur de champ est petite (environ – 1 stop d’ouverture, chiffre f/ plus petit) car on raccourcit la distance de prise de vue pour un cadrage, pour une ouverture et une distance focale identique.
  • Plus le capteur est petit, plus la profondeur de champ est grande (environ + 1 stop d’ouverture, chiffre f/ plus grand) car on allonge la distance de prise de vue, pour une ouverture et une distance focale identique.
  • À cadrage du sujet et distance focale identique, plus le capteur est grand, plus la perspective est marquée, et les arrière-plans sont plus étendus.

Taille de capteur, facteur de recadrage et angle de vue

Pour une même distance focale, les boîtiers dotés de capteurs plus petits que 24×36 ont un facteur de recadrage.

Le facteur de recadrage est un nombre sans unité indiquant l’agrandissement ou recadrage associé aux capteurs. Par exemple un boîtier APS-C de chez Canon a un facteur de recadrage de x1,6. On le calcule en divisant la diagonale d’un capteur 24×36 à la diagonale de capteur comparé : diagonale 24×36 / diagonale APS-C Canon = 43,27/26,70 = 1,6 environ.

« Mais comment calcule-t-on la diagonale d’un capteur alors qu’on a que sa hauteur te sa largeur ?« 

La diagonale se calcule avec la largeur et la hauteur du capteur à l’aide du théorème de Pythagore (il vous a servi finalement !). Distance diagonale = √((Largeur^2)+(Hauteur^2))

Je vous mets à disposition une petite calculatrice ici :


Par exemple, la distance diagonale (ou l’hypoténuse) d’un capteur 24×36, donc de 36 mm de large pour 24 mm de hauteur est de : =√((24^2)+(36^2)) = 43,27 mm environ.

Je vous rappelle aussi que j’ai listé les diagonales des différents capteurs dans ce tableau.

Pour donner un exemple de calcul avec le facteur de recadrage : un boîtier APS-C Canon (facteur de recadrage de x1,6) équipé d’un objectif de 28 mm donne un angle de champ similaire à celui d’un objectif de 28 mm x 1,6 = 45 mm sur un 24×36.

Donc avec des petits capteurs on peut photographier des sujets plus lointains pour un même objectif qui en plus pèsera un peu moins que son équivalent nécessaire sur 24×36.

Par ailleurs, presque tous les objectifs sont plus nets au centre, tandis que la qualité se dégrade progressivement vers les bords. Cela signifie qu’un capteur à recadrage élimine les parties sur bords de la photo dont la qualité est la plus faible . C’est très utile lorsque l’on utilise des objectifs de faible qualité (car ils sont généralement d’encore plus mauvaise qualité sur les bords).

Pensez aussi que cela agrandit davantage la zone centrale de l’objectif, ainsi sa limite de résolution est susceptible d’être plus apparente pour les objectifs de qualité inférieure.

Et en suivant le raisonnement inverse, on devra utiliser des objectifs à angle plus large sur les boîtiers dotés de capteurs plus petits si l’on veut compenser le phénomène de recadrage. Mais les performances optiques des objectifs grand angle sont rarement aussi bonnes que celles des focales plus longues, cela peut donc dégrader la qualité globale.

La photo ci-dessous montre ce que les capteurs plus petits auraient capturé en utilisant la même distance focale pour prendre cette photo.

Ce que des capteurs de taille différente – Full Frame, APS-C, MFT, 1 pouce, 2/3 de pouce, 1/2,3 pouce, 1/3,2 pouce – auraient capturé en utilisant le même objectif pour prendre cette photo.

Le facteur de recadrage permet aussi d’avoir rapidement une idée de l’angle de vue qu’on obtient avec un objectif sur un capteur par rapport à l’angle de vu obtenu sur un 24×36.

Ce qu’il faut retenir :

  • Le facteur de recadrage est un nombre sans unité qui permet d’estimer l’angle de champ obtenu pour une distance focale focale donnée d’un objectif 24×36 d’un boîtier à un autre.
  • Le facteur de recadrage se calcule en divisant la diagonale d’un capteur 24×36 à la diagonale de capteur comparé, la diagonale du 24×36 étant la référence.
  • Les boîtier dotés de petits capteurs permettent de se rapprocher visuellement d’un sujet pour un même objectif qui en plus pèsera un peu moins que son équivalent nécessaire sur 24×36. C’est très apprécié en animalier et éventuellement en macro.

Taille de capteur, temps de pose et flou de bougé

Comme on l’a vu juste avant, avec le facteur de recadrage change la distance focale, généralement elle s’allonge.

Hors, à main levée, plus la distance focale s’allonge plus on est susceptible d’enregistrer du flou de bougé. Et la règle de le distance focale inversée nous indique qu’on devra donc raccourcir notre temps de pose pour éviter le flou de bougé (à main levée uniquement).

« Règle de la distance focale inversée ?« 

Je ne vais pas tout réexpliquer en détail car j’ai déjà fait un article complet dessus (que je vous ai mis juste au-dessus). Mais pour la faire courte, pour éviter le flou de bougé à main levée :

  • sur 24×36 avec un objectif de 50 mm vous devez avoir un temps de pose au plus long de 1/50 mm donc 1/50 s,
  • sur APS-C Canon, avec ce même objectif de 50 mm, vous devrez avoir un temps de pose au plus long de 1/(50 mmx1,6) = 1/80 s.

Vous devez donc diminuer le temps de pose de 1 stop et compenser avec une ouverture plus grande et/ou des ISO plus élevés, ce qui n’est pas toujours possible ou souhaitable.

Ce point est probablement plus pertinent pour la macrophotographie et la photographie de nuit ou à faible luminosité car il vous sera plus compliqué de raccourcir votre temps de pose.

À retenir :

  • Plus le capteur est grand, plus il permet d’allonger son temps de pose sans pour autant enregistrer du flou de bougé pour une même distance focale.
  • Un capteur plus petit vous obligera à raccourcir votre temps de pose, ce qui n’est pas toujours possible par faible luminosité.

Taille du capteur et qualité de l’image

Des capteurs plus grands permettent d’augmenter la résolution des photos (pour une même taille de photo), ce qui signifie qu’ils sont capables de recueillir plus de détails sur la scène et de produire des photos plus détaillées.

Comme on l’a déjà vu chaque pixel correspond à une seule couleur et valeur tonale. Imaginez une photo imprimée sur un mur d’un mètre de large.

  • Il serait difficile de dire ce qui se passe sur cette photo si elle a été prise avec un capteur de 10 pixels. Il n’y aurait que 10 couleurs ou valeurs tonales utilisées pour représenter l’ensemble de la scène.
Schéma d’une photo à 10 pixels
  • Alors qu’il serait très facile de déchiffrer chaque détail exact de cette photo si elle était prise à l’aide d’un capteur de 40 000 000 de pixels.
https://unsplash.com/photos/NMsBc3fW2Tg

Mais la résolution et la qualité d’une photo ne sont pas nécessairement liées. Un appareil photo de téléphone de 20 mégapixels et un appareil photo 24×36 de 20 mégapixels ont tous deux 20 millions de pixels, et le smartphone aura une plus grande résolution. Cependant, ils n’ont pas la même qualité d’image car la taille du capteur et des photosites du boîtier photo font une différence.

Un capteur plus grand permet d’avoir des photosites plus grands par rapport à un capteur plus petit pour un même nombre de photosites. Les photosites plus grands du boîtier 24×36 sont plus efficaces pour capter la lumière. Ils sont non seulement plus sensibles, mais ont une meilleure plage dynamique, ce qui permet d’obtenir des photos très nettes.

Sous un bon éclairage et avec les technologies modernes, l’écart est minime entre certains smartphones et boîtiers surtout si l’on poste sur les réseaux et que la photo est regardée en petit.

Mais dès que l’éclairage devient un peu difficile, l’impact du capteur et de la taille des photosites devient de plus en plus évident.

À retenir :

  • Un plus grand nombre de pixels et de photosites signifie généralement une plus grande résolution et la capture de plus de détails.
  • Attention cependant, pour une même surface, une augmentation du nombre de photosites diminuent leurs taille et donc les performances en basse lumière et dégrade la qualité de l’image.
  • Généralement un capteur 24×36 aura non seulement plus de photosites mais ils seront aussi plus grands que ceux du capteur APS-C, ainsi vous aurez une meilleure performance en basse lumière mais aussi plus de détails/plus grande résolution pour une même taille de photo.
  • Pour un nombre de photosites similaire on observe difficilement de grandes différences de qualité entre un capteur d’appareil photo et celui d’un smartphone. Les différences de qualités apparaissent pour les grandes impressions et dans les situations de faible luminosité.

Taille de capteur et paramètres d’exposition

Pour une ouverture et une valeur ISO identique le temps de pose à sélectionner pour avoir une exposition correcte sera théoriquement le même sur un 24×36 ou un capteur plus petit.

MAIS, comme on l’a vu, on obtient moins de bruit numérique sur un 24×36, ce qui peut nous permettre d’augmenter les ISO et donc raccourcir le temps et/ou ouvrir plus grand.

Taille de capteur et objectifs

Certains objectifs ne sont disponibles que pour certaines tailles de capteur, ce qui peut être un facteur à prendre en considération si ces objectifs conviennent à votre style de photographie.

Par exemple les objectifs à bascule/décentrement peuvent rapidement montrer du vignettage lors de leur utilisation sur APS-C.

Rappel

Un objectif à bascule et décentrement permet d’augmenter (ou de diminuer) la profondeur de champ apparente grâce à la fonction de bascule (pour faire un effet maquette par exemple). Les objectifs à bascule/décentrement peuvent également utiliser le décalage pour contrôler la perspective et réduire (ou éliminer) les lignes verticales convergentes causées par l’orientation de l’appareil au-dessus ou au-dessous de l’horizon (utile en photographie d’architecture).

De plus, les objectifs ultra-grand angle rapides (f/2,8 ou plus) sont moins courants pour les capteurs APS-C, ce qui peut être un facteur décisif pour la photo sportive ou le photojournalisme.

Enfin vous devez aussi penser à une chose :

  • les objectifs pour 24×36 sont compatibles pour 24×36 ET APS-C, mais subiront le facteur de recadrage,
  • les objectifs pour APS-C sont compatibles sur boîtier APS-C mais pas sur 24×36, mais n’auront pas de facteur de recadrage. Attention, si vous prévoyez de passer sur 24×36 vous ne pourrez plus utiliser vos objectifs pour APS-C.

À retenir :

  • Vérifiez bien que l’objectif que vous visez est adapté au capteur que vous visez.
  • Les objectifs pour APS-C ne subissent pas de facteur de recadrage mais ne sont pas utilisables avec les boîtiers 24×36.
  • On achète généralement toujours par défaut des objectifs pour 24×36 même si on utilise un boîtier à capteur APS-C au cas où on passe sur 24×36 un jour.

Comparer la taille des capteurs de manière pertinente

Lorsque vous effectuez les comparaisons de capteurs photo gardez en tête les années de fabrication.

Par exemple, bien qu’un capteur à crop factor offre généralement moins de qualité et de détails qu’un capteur 24×36, un capteur à facteur de recadrage de 2020 offrira très probablement plus de qualité et de détails qu’un capteur 24×36 de l’année 2010.

La tendance aux boîtiers dotés de capteurs plus grands

Ces dernières années, les fabricants d’appareils photo ont compris que de plus en plus de photographes souhaitaient obtenir des « images de meilleure qualité » grâce à un capteur plus grand. Ainsi, les appareils (des smartphones aux reflex numériques) sont vendus avec des capteurs plus grands que par le passé. Et chaque famille d’appareil a tendance à se « marcher dessus » à cause du décalage créé.

Sur le marché des smartphones, Nokia a ouvert la voie à des capteurs plus grands, avec le Nokia 808 Pureview, qui possède un capteur de 1/1,2″ et peut produire des photos rivalisant avec de nombreux appareils photo compacts.

Pour les appareils photo compacts, le Sony RX100 est doté d’un capteur de 1″, et Canon a lancé le G1 X, qui n’est pas vraiment un appareil compact, avec un capteur de 1,5″.

Les hybrides ont également permis d’équiper des boîtiers de petite taille de capteurs plus grands, allant généralement du Micro Quatre Tiers à l’APS-C … qui ont également fait leur apparition dans des compacts très appréciés comme le Fuji X100 (désormais X100S) et le Nikon COOLPIX A.

En parallèle le prix des boîtiers reflex numériques 24×36 a également baissé, avec des appareils comme le Nikon D600 et le Canon 6D, ce qui a permis à un marché beaucoup plus large d’accéder à la photographie à grand capteur.

Quel capteur est susceptible 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 (pour une même taille de photo) si vous pouvez vous permettre de sacrifier la profondeur de champ.

En revanche, si vous souhaitez conserver la même profondeur de champ, les capteurs de plus grande taille ne présentent pas nécessairement un avantage en termes 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 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 par la diffraction sera différente).

Quelle est la meilleure taille de capteur ?

Je vous réponds par une autre question : quels sont vos besoins en tant que photographe ?

Si vous êtes un photographe qui réalise régulièrement de grands tirages d’affiches et qui souhaite bénéficier d’une plage dynamique et d’une résolution maximales, le plein format et le moyen format sont les meilleurs choix pour vous.

  • Le 24×36 offre le meilleur équilibre entre la profondeur de champ, les performances en basse lumière (plage dynamique et bruit) et la résolution que vous puissiez trouver sur le marché actuel. Les photographes de portrait, de mode, d’astronomie et de paysage tirent généralement le plus grand profit des boîtiers 24×36, malgré l’inconvénient du prix, du poids et de l’encombrement. Encore que, depuis l’apparition de la technologie hybride, le poids et l’encombrement sont réduits.
  • Les capteurs APS-C ont une profondeur de champ, une résolution et une taille de photosites généralement inférieure aux capteurs 24×36. En contrepartie, la taille et le poids du matériels sont réduits, ce qui est pratique pour les voyages et les longues randonnées. Le prix des objectifs et du boîtier sera aussi moindre. On s’oriente souvent sur ce genre de capteur quand on fait « un peu de tout » ou quand on débute. L’allongement effectif de la distance focale dû au facteur de recadrage en fait un choix intéressant pour la photographie animalière, éventuellement macro (malgré la profondeur de champ réduite) ou pour la prise de vue d’éléments lointains suffisamment illuminés.
  • Le Micro 4/3 présente un facteur de recadrage important par rapport au 24×36, tout en offrant une qualité d’image de niveau professionnel. Les photographes animaliers, de rue et documentaires peuvent trouver la portée supplémentaire combinée à la taille des boîtiers et des objectifs parfaite pour leurs besoins.
  • Les capteurs de 1″ et 1/2,55″ se trouvent dans les smartphones, les possibilités sont assez limitées notamment en basse luminosité. L’ouverture est bien souvent fixe et on a une très grande profondeur de champ. Mais si vous n’avez pas de budget ou pas l’envie de vous investir trop dans la photographie et que vous publiez sur les réseaux, c’est un choix pertinent.

De manière générale, si vous débutez en photographie, commencer avec un petit capteur comme un boîtier APS-C. Au fur et à mesure de vos prises de vue et de vos progrès, vous verrez naturellement si une mise à niveau vers une taille de capteur d’appareil photo 24×36 en vaut la peine ou non.

Pour déterminer le boîtier et la taille de capteur les mieux adaptés à vos besoins il est aussi important de comprendre le fonctionnement des capteurs des appareils photo.

Quand vous êtes décidé sur le capteur, achetez le meilleur appareil photo que vous pouvez vous permettre. Ainsi, vous n’aurez pas à le mettre à niveau plusieurs fois au cours des années à venir. Cela permet d’économiser de l’argent à long terme.

Conclusion

On arrive à la fin de cet article sur la différence entre un grand capteur et un capteur plus petit. Comme vous voyez, ce n’est pas comme dans les films : il n’y a pas un méchant et un gentil. C’est une histoire de caractéristiques correspondant plus ou moins à un besoin.

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Moi je vous laisse ici à vos petits et grands capteurs, et je vous dis à bientôt sur les internets MONDIAUX !

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