Les capteurs à forte densité de pixels : conséquences diverses

Trois phénomènes apparaissent avec les capteurs à forte densité de pixels et les objectifs qui produisent des rayons à faible incidence (inclinés), parmi eux notamment :

- les grands angles non rétrofocus conçus pour des boîtiers à court tirage (typiquement, les télémétriques)
- mais aussi les focales standards et courts téléobjectifs très lumineux quand ils utilisent des formules symétriques (double Gauss / Ultron / Planar ou encore Tessar), y compris ceux pour reflex.

1. Le vignetage en périphérie de capteur

Il est causé par la connectique qui entoure les photodiodes et les surplombe (les photodiodes sont au fond d'un "puits" de connectique). Avec un rayon lumineux incliné, plus une photodiode est petite, plus la "zone d'ombre" créée par la connectique est importante en proportion de la surface totale de la photodiode. A taille de photodiode constante, plus le rayon lumineux est incliné, plus la "zone d'ombre" est également importante ou, ce qui revient au même, plus la probabilité que le rayon soit bloqué par la connectique est importante.

D'où un vignetage qui va croissant en s'approchant des coins.

2. Les dérives latérales magenta

Elles sont causées par l'action conjointe des micro-lentilles et du vignetage mécanique provoqué par la connectique autour de chaque photodiode.

Les micro-lentilles sont là pour concentrer (= redresser) les rayons lumineux et améliorer la sensibilité du capteur. Revers de la médaille, quand ces rayons sont inclinés elles redressent plus les rayons moins énergétiques / à plus grande longueur d'onde (vers le rouge) que ceux plus énergétiques / à longueur d'onde plus courte (vers le bleu).

Le vignetage mécanique est par conséquent plus accentué dans le bleu que dans le rouge, d'où cette dérive magenta.

3. Le crosstalk (la diaphonie ?)

Un point dans l'espace réfléchit la lumière dans toutes les directions. Idéalement, ces différents rayons, ou plutôt la portion qui est captée par l'objectif, sont focalisés au même endroit sur la surface sensible. Ce n'est malheureusement pas toujours le cas, notamment avec les capteurs très pixelisés.

Donnée n°1 : le redressement opéré par les micro-lentilles n'est pas le même selon l'angle d'incidence du rayon (là, pour simplifier, je raisonne en lumière monochrome mais c'est la même chose pour chaque longueur d'onde) ; plus un rayon est incliné, plus il est dévié (= redressé), à l'inverse un rayon parfaitement orthogonal à la lentille "passe tout droit".

Donnée n°2 : ces micro-lentilles sont conçues pour pallier la sensibilité native réduite des petites photodiodes en concentrant le plus de rayons lumineux possible sur la photodiode. Elles sont généralement d'autant plus "agressives" (puissantes) que les photodiodes en ont plus besoin, c'est-à-dire qu'elles sont plus petites. Autrement dit, que le capteur est plus pixelisé.

Quand :

- un capteur est très pixelisé, c'est-à-dire dispose d'une réseau très dense de petites photodiodes généralement couplé à des micro-lentilles "puissantes"

- et que le faisceau de rayons émanant d'un point dans l'espace et capturé par l'objectif comprend à la fois des rayons faiblement et d'autres fortement inclinés, ce qui est le cas avec les objectifs ultra-lumineux,

on peut aboutir à ce que différents rayons correspondant au même point de la scène photographiée soient dirigés sur des photodiodes différentes, d'où un effet de floutage : un point est rendu par une petite tache. Comme de la coma, mais avec une cause différente : c'est l'environnement du capteur qui "étale" le point et pas l'objectif.

C'est ça le crosstalk (la diaphonie ?).

Le phénomène est encore accentué :

- par le fait que les micro-lentilles ne sont pas les seuls éléments réfringents à s'interposer entre l'objectif et la photodiode, il y a aussi le verre de protection du capteur, le filtre infrarouge, le filtre passe-bas (antimoiré) éventuellement, les filtres colorés de la matrice de Bayer, etc.

- par les algorithmes de dématriçage et d'accentuation qui privilégient la singularité à l'uniformité (par exemple, un fil électrique sur fond de ciel sera rendu, et même "amplifié", et non pas noyé dans la teinte du ciel).

Copie intégrale sur Chassimages, par Mistral75, éminent spécialiste optique : merci à lui :)

Pas necessairement car les phénomènes décrits ici sont identiques quelle que soit la densite de photosites, il plus lié à l'architecture des composants.

Les microlentilles sont la pour compenser l'incapacité des photosites à capturer les rayons très incidents; Fuji explique fort bien cela en décrivant ses nouveaux capteurs.

Amusons nous déjà à classer les capteurs non pas par nombre de photosites mais par dimension de chacun d'entre eux. Vous verriez que beauxoup comme Monsieur Jourdain font de la forte densité sans le savoir.

Encore faut il comprendre à quoi participe ces rayons incidents la réponse était à la question posée par Rony   mais pour l'instant j'attend toujours , on dirait que de connaitre le fonctionnement de leurs machines n'intéresse pas beaucoup les Pixs 

On pourra t'objecter qu'une infime minorité de conducteurs (2,3 ou 4 roues) sait tout d'un moteur et des organes divers, comme d'autres du fonctionnement d'un ordinateur et  de la consommation électrique de chacun à chaque clic sur un moteur de recherche :-t
Et puis il y a quand même une large majorité de membres qui ne doivent pas avoir déjà suffisamment de temps pour pratiquer la photo : alors la technique !
Je m'y intéresse par habitude et curiosité, mais vais bientôt aller prendre l'air en oubliant tout ça, ne confondant pas technique et technophile branché en permanence :)

Tu as probablement raison mais ton exemple parle d'usage utilitaristes on conduit pour aller au boulot chercher le pain rejoindre un lieu.
Par contre celui qui veut faire du rallye ou de la course sur circuit aura probablement à coeur de savoir comment fonctionne sa voiture et pourquoi.

Hors, que je sache, personne ici ne fait de photo par besoin bien sur tout le monde n'est pas obligé de considérer la photographie comme une discipline des beaux arts je sais que beaucoup la pratiquent comme une simple forme de loisir à la rigueur pour ceux la il n'est nul besoin de déclencher en toute intelligence mais je ne crois pas que cela concerne des gens qui prennent sur leur temps pour venir sur un forum spécialisé .

Je serais plutôt de l'avis de MGI.
Les gens, à mon avis, viennent ici pour la photo, apprendre les régles de compositions, les techniques photos (dans le sens light painting, high key, focus stacking…) mais pas (forcément) pour savoir comment l'APN fonctionne, et encore moins savoir le démonter et remonter dans le noir avec des gaz lacrymo en prime.
Certaines notion semble quand même particuliérement ardues à assimilées quand on est pas du tout technicien.
Donc, connaitre les différents réglages de son appareil et le résultat que cela va donner, oui, après…

Si c'est le cas le lien que j'ai mis au dessus pourrait alors leur correspondre mais je ne le crois pas.

Si c'est juste pour apprendre comme un troufion apprend à manier un fusil il n'y pas besoin d'un forum au contraire car un forum est un nid de fausses informations, disons plutôt d'approximations l'intérêt d'un forum est d'échanger de progresser sur sa réflexion autour d'un sujet.
Pour apprendre il y a les tutoriels comme j'en ai vu ici tu les lis tu dis merci et basta ou mieux la littérature écrite par des professionnels car eux sont contrôlés ne serait que par leurs éditeurs , A la rigueur les tutos de gens réputés.

Un forum est un lieu où nous venons tous avec notre vision rarement objective, il nous faudrait vérifier le cursus de chaque contributeur pour connaitre son niveau de crédibilité en fait ce n'est pas ça qui compte c'est juste échanger sur sa vision et pas la vision elle même.

Dire que les gens viennent sur ce forum pour simplement repartir avec une recette sans rien amener en échange est leur faire injure, je sais que de nombreux exemples te donnent raisoncomme ceux de ces fils ou les initiateurs posent une question et ne prennent plus la peine de repasser répondre à tous ceux qui ont bien voulu l'animer.

Et puis tu sais le matériel ça compte dan toutes les disciplines on parle quand même d'ensembles qui atteignent le prix d'une bonne voiture

EDIT : faute de syntaxe

Je te trouve bien condescendant et ironique, cocagne… Je fais partie de ceux dont tu t'étonnes qu'ils n'aient pas à coeur de connaître le fonctionnement de leur machine, eh bien en effet ça ne me fait ni chaud ni froid et ne m'intéresse nullement de savoir en détails les tenants et aboutissants de tous ces termes techniques, pour autant je ne blâme pas ceux que ça passionne. Chacun appréhende la photo comme il le veut et au rythme qu'il le veut. Lorsque je danse, lorsque ma mère peint, nous n'avons pas non plus besoin de connaître à fond l'anatomie de chacune de nos articulations ou muscles, ni le secret de la formule chimique de chaque couleur employée pour utiliser notre corps ou nos pinceaux afin de chercher et créer des choses avec plus ou moins de succès. Pour autant je ne me sens pas privée de curiosité intellectuelle…
Un peu de réelle ouverture au fonctionnement d'autrui serait la bienvenue, ce n'est pas parce que tout le monde ne fonctionne pas comme toi que cela est déplorable.
On conduit aussi pour aller se balader le dimanche et s'il est utile de savoir comment faire le plein, les niveaux, et ce genre de détails, heureusement qu'on n'a pas besoin de savoir comment démonter et remonter le moteur… pleinement d'accord avec MGI.
Enfin bref. Je ne rajouterai rien par la suite car je viens de le dire, au fond tout cei m'intéresse bien peu et je ne m'en porte pas plus mal, mais je tenais juste à exprimer mon avis de simple membre très amateur dans sa pratique technique.  :-s

Pour en revenir au sujet initial de ce post, merci à MGI; pour ma part je n'ai pas tout capté évidemment, mais ça peut intéresser du monde.

Altahine je crois que nos posts se sont croisés .

Il se trouve que ce fil est justement très technique 

Je ne peux te donner tord et d'ailleurs à quel titre ! moi même suis très limité dans mes connaissances techniques et seule la curiosité me pousse à en savoir plus ne serait que par respect par nos anciens qui en procédant de même on inventé la photographie qui nous rassemble ainsi car tu te doute que sans cette démarche on prendrait bien sur beaucoup de plaisirs dans la vie mais d'autres plaisirs, Je regrette parfois d'avoir une si douloureuse conscience de ce qui fait la spécificité de notre culture occidentale, la technologie.

Très interessant tout ça, très instructif, pas indispensable pour faire de belles images, mais un peu de culture ne fait pas de mal, cela reste bien technique tout de même.

Merci pour ces partages !

Pour revenir au fil, ce que je comprend de la problematique detaillée par Chassimage ne me semble pas vraiment pénalisant. Un simple étalonage d'usine doit pouvoir venir à bout de ces inhomogénéités de pixel. (en tout cas pour le vignetage et la dispertion chromatique.)

Et puis lorsque les cmos de nos reflexes seront tous back-illuminated ce genre de problème sera beaucoup moins présent.

Oui c'est à peu près ça une plus grande maîtrise de la mise en oeuvre des capteurs gommera cette faiblesse potentielle, en attendant une jambe de bois logicielle fait à peu près le boulot.

Mistral est un très bon participant de Photim et il sait ce qu'il dit; évidemment son argumentaire tend à faire penser à ceux qui le veulent bien que le plus grand nombre de photosites fait que les rayons pourraient en quelque sorte se tromper de cible mais c'est oublier que les rayons peuvent aussi se mesurer de manière quantique .
Les rayons sont toujours en mouvement et d'un mouvement relatif la représentation linéaire qu'on en fait généralement est de pure commodité.

Par contre il est constaté que des optiques approximatives ou déréglées peuvent faire apparaître ce phénomène.

J'aurai dû préciser en préambule :" ce qui ce conçoit bien s'exprime simplement (et/ou) clairement…etc
Ce qui n'est pas vraiment le cas en l'espèce, difficile à résumer et, encore plus, à synthétiser !
En général, je communique et transmet sur le forum des informations, données, conseils que je glane ici et là, les jugeant peut être intéressants pour certains ?
Dans le cas présent, c'était un peu (beaucoup) pour montrer la complexité actuelle de la photo numérique face aux lois de la physique et de l'optique !
Autrement dit, je reste dubitatif face à cette course au "toujours plus", comme la Loi de Moore en informatique, qui suppose et génère une sur consommation et un coût qui tend à devenir prohibitif.
Je ne voulais surtout pas créer une polémique ni donner l'impression que je maîtrise tout de la photo : j'en suis loin malgré une formation technique assez éloignée et pas mal oubliée…
Merci de vos avis et prises de positions :)

Simplement ? J'ai  trouvé que le petit topo de Mistral était clair il suffit de le commence au début et de finir par la fin sans rien sauter  Polémique ? S'il y en eu un début d'une, elle était plus causée par une mienne humeur et surement pas par ton choix.

J'avais bien compris dans quel esprit tu avais choisi ce texte et je te comprend bien, cette surenchère me lasse au moins autant que toi dans sa présentation au cochon de payeur comme un mise en demeure du genre : vos photos vont toutes à partir de demain devenir médiocres si vous ne vous précipitez pas chez votre boutiquier changer votre boiter.
Mais en même temps je suis passionné par les exploits technologiques des ingénieurs. Je ne peux oublier quoique on en pense que sans eux pas de photo ce sont eux qui ont la main, eux plus que leurs financiers.

Ceci dit j'ai atteint personnellement un niveau de matériel très qualitatif en se sens qu'il y a encore peu c'était le summum dans les rédactions et que je ne vois pas en quoi il serait subitement moins bon du coup je ne suis absolument pas tenté par un renouvellement. Une amélioration à la rigueur mais au lavis .
Qu'il fasses moins bien que les nouvelles machines il me faut par contre l'admettre mais il n'est pas nécessaire de se défendre en cherchant des poux dans les capteurs des petits nouveaux ils sont supérieurs c'est évident mais de cette supériorité en excédant dans la grande majorité des usages même professionnels. elle changera par contre les usages dans les réglages à applique dans une situation donnée.

Si cela t'intéresse on peut reprendre le fil sur la magie du diaphragme qui complète bien ton texte car il y a la une piste qui éclairera la communauté et l'aidera à bien choisir son matériel, un matériel coûteux somme toutes

Un complèment d'information sur un sujet d'importance pour qui ne veut pas dépenser son argent pour de simples effets de mode 

Idée fausse #5  La course aux pixels est une catastrophe !

Par Patrick Moll suivi de queiques commentaires de photographes au fait du sujet.

Fort bien expliqué et argumenté et j'en retiens particulièrement cette réponse de l'auteur :

"Oui, c'est clair que ce débat est désormais largement sans objet puisqu'il n'est plus guère possible d'acheter un boîtier peu défini. Nikon, qui a remplacé son D700 12 Mpx par un D800 36 Mpx, vient de planter le dernier clou dans le cercueil des faibles définitions."

Le seul problème actuel est de revoir les objectifs, surtout ceux des kits et leur prix s'en ressentira forcément donc, ajouté au renouvellement du matériel informatique, la sauce risque d'être salée ou poivrée ?
Il n'est que de voir la double politique actuelle de Canon en matière d'objectifs, tant pour la vidéo que la stabilisation : cas du nouveau 35mm et son prix : 749 € vs ancien : 259 €, pas mal quand même !
Je serai curieux de connaitre, pour chaque constructeur, la liste détaillée de leurs objectifs adaptés à ces nouveaux capteurs, FF et APS-C…
Merci pour le lien :)