Le capteur photo-électrique

Il est bien loin le temps de la pellicule et de ses halogénures d’argent sensibles à la lumière. De nos jours, le capteur est devenu l’unique support servant à capter la lumière pour la convertir en énergie électrique afin de restituer une image, bienvenue dans l’ère numérique !

Très chers lecteurs, je vais vous parler d’un élément important constituant votre boitier : le capteur photo-électrique. Quand vous visionnez votre image sur écran, vous êtes loin de vous douter du processus entrant en jeu pour la conception de votre image. A l’origine, nous avons du silicium qui sert à fabriquer des processeurs ou des capteurs. La lumière étant composé de particules microscopiques appelées « photons« , le silicium va convertir cette énergie en charge électrique.

1 pixel

Le capteur est composé de photosites (= photodiodes) qui transforment l’énergie lumineuse (les photons) en énergie électrique, à ne pas confondre avec les pixels, terme que l’on utilise uniquement en diffusion, après la captation. Généralement, le pixel est composé de 4 photosites (un rouge, un bleu et deux verts).

1 pixel = 4 photosites

Un jeu de filtre couleur (R,V,B) permet de « spécialiser » chaque photosites en une couleur primaire particulière. La mosaïque la plus connue pour nos boitiers est la matrice de Bayer. Basée sur une structure qui se répète, chaque photosites va être sensible au spectre lumineux (comprenez lumière) qui va venir le frapper. A l’origine, le photosite est sensible à l’intensité et non à la couleur, voilà comment nous obtenons une image non noir et blanc. On ajoute également des micro-lentilles sur chaque photosites pour diriger le spectre lumineux et optimiser la surface.

La matrice de Bayer

A cause de décalage spatial du à la composition de la matrice de Bayer, il va falloir adoucir l’image : c’est le rôle du filtre passe-bas ou low-pass filter. Ce dernier va venir « casser » la définition pour uniformiser l’image. En contre partie de ce procédé, nous avons une perte de résolution appelé le piqué.

Pour information, le capteur X-trans de Fujifilm n’est pas structuré avec la matrice de Bayer, les photosites sont répartis « aléatoirement » ce qui permet de supprimer le filtre passe-bas et donc de renforcer la résolution. Ceci, couplé avec le savoir-faire de Fujifilm en terme d’optiques, donne des images d’une qualité fantastique à mon goût.

Une autre innovation, cette fois-ci concernant une caméra numérique était la Pénélope Delta développée par Aaton. Les ingénieurs ont eu l’idée de décaler d’un demi-pixel à chaque image la position du capteur afin d’imiter le rendu pellicule où tout était aléatoire. Malheureusement, rares sont ceux qui ont pu tourner avec cette caméra, qui sur le papier, en faisait rêver plus d’un. La commercialisation ne pu démarrer suite à des problèmes de la société…

Le capteur est donc la surface sensible qui a pris le dessus sur la pellicule. Il se caractérise par sa taille, sa résolution (nombre de photosites), sa performance et bien d’autres paramètres pointilleux (sensibilité spectrale, le bruit vidéo, …).

En photographie, nous avons comme taille le « full-frame » qui équivaut au 24x36mm qui est issu de l’argentique mais aussi d’autres formats comme le moyen format onéreux et les APS, boitiers en dessous du plein format ; ce sont les hybrides ou même les compacts. Le format d’un capteur est exprimé par rapport à la longueur sur la hauteur.

Full Frame ==> 36 x 23 mm ==> 3:2
APS-C XT-2 ==> 23,6 x 15,8 mm ==> 3:2

La taille du capteur influe sur la profondeur de champ (zone de netteté), la focale normale, la sensibilité nominale (exprimée en ISO).

Plus le capteur est grand, plus la profondeur de champ est faible, voilà pourquoi lors de l’essor du 5DMKII en vidéo, il était préféré au kit 35mini.

Plus le capteur est grand, plus il est sensible et permet une meilleur gestion du bruit.

Enfin, vous devez savoir que les focales 24×36 ne seront pas les mêmes qu’un APS-C. Pour obtenir la focale normale (qui se rapproche de la vision humaine qui est de 47°), il faut faire un calcul de niveau troisième pour connaître l’hypoténuse, à savoir :

AC² = AB² + BC²
AC² = 24² + 36²
AC² = 576 + 1296
AC² = 1876
AC = √1876
AC ∼ 43mm

Ainsi, en dessous de 43mm, les focales seront des grands angles, alors qu’au-dessus, ce seront des longues focales. Ces valeurs sont valables uniquement pour le format 24×36 mais vous pouvez faire le calcul pour les autres boitiers.

Il y a encore d’avantage à découvrir et à approfondir concernant le capteur photo-électrique mais l’essentiel est là pour débuter. Cet article subira certainement des mises à jour et des ajouts mais constitue une base pour comprendre l’image. A savoir que nous avons parlé d’un seul type de capteur qui est le CMOS. Nous n’avons pas abordé le capteur FOVEON X3 ni même le procédé CCD.

@