Piqué et résolution des capteurs

[jimby75]

Bonjour à tous,
j'ai cru comprendre en parcourant les sites de revues et de tests que la résolution actuelle des capteurs APS-C (>= 10 Mpix pour un capteur 23x16 mm) est en fait supérieure à celle de la plupart des objectifs disponibles.
Qu'en est-il exactement ?

[atropos]

Bonjour à tous,
j'ai cru comprendre en parcourant les sites de revues et de tests que la résolution actuelle des capteurs APS-C (>= 10 Mpix pour un capteur 23x16 mm) est en fait supérieure à celle de la plupart des objectifs disponibles.
Qu'en est-il exactement ?

Oui et non...
Le capteur du 450D fait 22.2mm de long pour 4272 pixel.
Donc une résolution de (4272/22.2)/2 = 96 paires de ligne/mm.
A cause du filtre moiré devant le capteur, la résolution du capteur est divisé par environ 1.5, soit une résolution qui tombe à environ 64 paire de ligne/mm...
Dans la pratique, en 24x36, les optiques de base tournes autour de 60 pdl/mm et les L sont le plus souvent au dessus de 80 pdl/mm. Cependant, certaines optique APS-C (EF-S) font aussi bien que des L (les EF-S permette de monter en résolution avec des coûts raisonables).
En gros, on commence à voir les limittes de certains cailloux, mais c'est loin d'être une généralité.

[jimby75]

Oui et non...
Le capteur du 450D fait 22.2mm de long pour 4272 pixel.
Donc une résolution de (4272/22.2)/2 = 96 paires de ligne/mm.
A cause du filtre moiré devant le capteur, la résolution du capteur est divisé par environ 1.5, soit une résolution qui tombe à environ 64 paire de ligne/mm...
Dans la pratique, en 24x36, les optiques de base tournes autour de 60 pdl/mm et les L sont le plus souvent au dessus de 80 pdl/mm. Cependant, certaines optique APS-C (EF-S) font aussi bien que des L (les EF-S permette de monter en résolution avec des coûts raisonables).
En gros, on commence à voir les limittes de certains cailloux, mais c'est loin d'être une généralité.

Merci pour cette réponse claire. Quelle est la fonction du filtre moiré dont tu parles. Existe-t-il sur tous les capteurs actuels ?

[atropos]

Merci pour cette réponse claire. Quelle est la fonction du filtre moiré dont tu parles. Existe-t-il sur tous les capteurs actuels ?

Chez Canon il me semble qu'il est présent sur tout les reflex (digitaux) à part le 1D.
Sa fonction consiste à supprimer l'effet "moiré".
L'effet moiré apparait souvent quand on a deux groupes de lignes qui s'entrecroisent et dont l'épaiseur des lignes est proche de la résolution du capteur (ça arrive aussi avec l'oeil). Sur les points d'entrecroisements des lignes, on a l'inpression qu'il y a plus de "matière" et de nouvelles ligne plus "visibles" que les originales semble apparaitrent alors qu'elles n'existent pas.
Le cas le plus flagrant est avec les billets de banque. Ils sont conçus pour produire un effet moiré très prononcé lorsqu'on tente de les photocopier (enfin, ça le fesait sur les scanners de 600 dpi, je n'ai pas essayé avec une résolution suppérieure).

[Frodo]

Dans les capteurs un pixel physique (photosite) ne correspond qu'à une seule couleur. Imaginons un point blanc isolé sur l'image : il pourrait apparaître, selon l'endroit où il tombe, bleu, vert, ou rouge. Le filtre en question (filtre passe-bas) a pour rôle d'étaler un peu l'image de chaque point pour qu'elle recouvre plusieurs photosites de façon à limiter ce défaut. En plus il limite aussi les effets de moiré dus à la structure périodique du capteur. Donc c'est un filtre anti-moiré.

Edit : croisement avec atropos.

[predigny]

Je sais qu'avec mon 400D et mon Tamron 17-50 je suis très proche de la limitation par le capteur (quand je ne loupe pas la map), exemple les rangées de tuilles de cette maison qui correspondent presque à un pixel de hauteur
f/4.5 et à 41mm (crop 100%)

[TransFXB]

on peut définir (Critère de Rayleigh, après quelques approximations) la distance x entre deux objets vus au travers d'un système optique par x=1,22*L*ouverture où
ouverture étant égal à n dans f/n (exemple : ouverture = 8 dans le cas de f/8) et L la longueur d'onde la lumière.

Si on prend une longueur d'onde de 400 nm (nanomètres) et une ouverture de 8, cette distance x est égale à 0,0039mm. On pourra assimiler (en faisant vite) cette valeur au "piqué" de l'objectif.
Partant de là, il est inutile de faire des capteurs dont la résolution est inférieure à cet ordre de grandeur (0,0039mm) car il ne saurait alors discerner les deux objets.

Dans la pratique, les objectifs ne sont pas parfaits et d'autres facteurs (diffraction, dispersion, etc) interviennent qui vont dans le sens d'augmenter cette valeur de 0,004mm.
Un mauvais objectif donnera un x de l'ordre de 0,05mm et un bon 0,0125mm
À comparer avec les 0,01mm (1/96) calculés par atropos du côté capteur. Mais en réalité, il n'y a pas que la seule résolution du capteur à prendre en compte. Il faut également intégrer les interactions entre photosites contigus qui aura tendance à augmenter aussi la valeur du côté capteur.
De plus, le filtre de couleur utilisé sur les capteurs (matrice de Bayer) présente deux fois plus de pixels verts que de rouges ou bleus. Autrement dit, la perte de résolution sera plus sensible dans les verts.
Donc, oui, on arrive dans certains cas (petits capteurs avec forte densité de photosites et objectifs bas de gamme) aux limites.

[predigny]

...
De plus, le filtre de couleur utilisé sur les capteurs (matrice de Bayer) présente deux fois plus de pixels verts que de rouges ou bleus. Autrement dit, la perte de résolution sera plus sensible dans les verts....

Heu ! c'est le contraire, non ? Pluss de pixels verts donc pluss de résolution dans le vert. Le vert étant la composante dominante de la lumière du jour, en doublant le nombre de récepteurs verts, on optimise la résolution de luminance à laquelle l'oeil est le plus sensible.

[Bogdan_M]

C'est bizzare ce que vous dites. Sur photozone.de, les auteurs des test disent pour les meilleures optiques sur le centre des fois "scratches the resolution of the 350D" c'est à dire dépasse peut-être la resolution d'un APS-C 8 megapixels.

Mais ceci est valable seulement poul le très bonnes optiques, pour les optiques moins bonnes, sur les bords ou à grande (<f 4) ou petite ouverture (>f 16 ) la résolution d'un 400D dépasse la limite de l'objectif déjà.

Une explication intéressante ici :
Do Sensors &ldquo;Outresolve&rdquo; Lenses?

[predigny]

C'est bizzare ce que vous dites. Sur photozone.de, les auteurs des test disent pour les meilleures optiques sur le centre des fois "scratches the resolution of the 350D" .....
Une explication intéressante ici :
Do Sensors &ldquo;Outresolve&rdquo; Lenses?

Cet article est intéressant mais assez technique et il faut le relire plusieurs fois pour bien le comprendre, en plus c'est en anglais ! Mais il ne contredit pas ce qui à été dit même si certaines valeurs sont un peu différentes. De toute façon la résolution ce n'est pas tout et il ne sert à rien de vouloir séparer des lignes très sérées dont le contraste est de 5%.
Parcontre dans le dernier post de TransFXB, la dernière ligne m'est totalement incompréhensible car il me semble que pour les compacts avec beaucoup de Mpixels, l'optique est complètement insuffisante pour exploiter la haute densité de pixels.

[Bogdan_M]

Allez, j'essaye de m'expliquer un peu mieux.

Par exemple dans le test :
Sigma AF 100-300mm f/4 EX HSM APO - Lab Test Report / Review
les auteurs disent "The lens was capable to deliver absolutely excellent resolution figures in the MTF lab easily comparable to fix focal length lenses in their respective range. At 100mm it even scratches the sensor limits of the 8mp sensor of the test DSLR". Il s'agit d'un résultat de 2050 LW/PH, et ils considèrent que le maximum pour le Canon 350D (8Mpix) est de 2150 LW/PH.
Il y a très peu d'optiques qui dépassent cette valeur, en général c'est seulement à certaines ouvertures (f4 ou f 5.6) et seulement sur le centre. Pour le reste des plages d'utilisation, l'optique est largement moins bonne que le capteur. Pour un capteur de 12Mpix, les choses doivent être bien pires.

Je ne suis pas très fort en théorie optique. Est-ce que je comprends bien ce qu'ils disent? Ce sont les gens de photozone qui se trompent ou c'est moi qui a mal interpreté?

[predigny]

Je crois que tu as bien compris, mais ce n'est pas en contradiction avec ce qui est dit plus haut. Le 350D a de "gros" pixels et il n'est pas étonnant que certains objectifs, pour le centre de l'image, aient une définition plus grande que le capteur de 350D. Avec le 400D c'est déjà plus difficile, mais les très bons objectifs y arrivent. Pour le 450D, je commence à avoir des doutes car 2Mpixels de plus sur un capteur qui n'est pas plus grand... En tout cas même si avec les meilleurs objectifs on arrive à exploiter les qualités respectives du 450D et de l'objectif, on atteint une limite de densité de pixels où l'on ne gagnera plus rien, sauf des fichiers plus gros. Comme dit plus haut les lois de l'optiques imposent une limite à la densification des pixels.

[Bogdan_M]

Ben, moi je comprends que dans la plupart des cas on a déjà dépassé cette limite, c'est plutôt rare que ça soit l'objo qui dépasse l'appareil, seulement les meilleurs objos et seulement dans les meilleures conditions.

Au contraire, les post (très argumentés techniquement) plus en haut semblent dire que seulement dans quelques cas on a atteint cette limite. Une question d'interprétation peut-être...

[predigny]

Ben, moi je comprends que dans la plupart des cas on a déjà dépassé cette limite, c'est plutôt rare que ça soit l'objo qui dépasse l'appareil,..

Oui, je le pense aussi. Si mon 400D revenait à 8Mpixel, ça ne chagerait pas grand chose pour 99% de mes photos. Par contre pour une même techno de capteur j'aurais moins de bruits au grandes sensibilité. Mais la densité du 400D me semble être une bonne limite. Je ne comprends pas bien pourquoi elle a été franchie par le 450D. Arguments commerciaux "à la con" ... ?

[Bogdan_M]

Malheuresement il semble que c'est toujours les megapixels qui font les ventes. Fuji avait commencé une nouvelle ligne avec des appareils compacts à capteur plus grand, à 6Mpix ils avaient une très bonne qualité et de bonnes performances en basse lumiere. Il semble qu'ils ont du succombé à l'argument commercial maintenant et les derniers modèles ont 12 Mpix avec une qualité biens moindre. Ce qui est inquietant est que le courant "soupe à pixels" n'a pas l'air de se calmer:censored: .

[predigny]

A mon avis c'est sous la pression des fabricants de disques durs et de cartes mémoire flash. Ou alors parce que les gens ne comprendraient pas pourquoi un petit compact fait 10Mpixel et qu'un gros réflex n'en fait pas plus !

[Hep]

Oui, mais nous, EOSsien, on comprend. Donc pas besoins d'augmenter le nombre de pix ...
Ils devrais garder une gamme de tout triste pauvre en pixel pour nous, les connaisseurs et laisser aller a la course aux pix pour ceux qui croient que c'est mieux ..

[atropos]

C'est bizzare ce que vous dites. Sur photozone.de, les auteurs des test disent pour les meilleures optiques sur le centre des fois "scratches the resolution of the 350D" c'est à dire dépasse peut-être la resolution d'un APS-C 8 megapixels.

Mais ceci est valable seulement poul le très bonnes optiques, pour les optiques moins bonnes, sur les bords ou à grande (<f 4) ou petite ouverture (>f 16 ) la résolution d'un 400D dépasse la limite de l'objectif déjà.

Une explication intéressante ici :
Do Sensors &ldquo;Outresolve&rdquo; Lenses?

Tout dépend du MTF que tu prends. Dans le cas de photozone, ils cherchent à compter le maximum de paires de ligne Noire/Blanche qu'on peut détecter avec un fort contraste (MTF50%). Dans la pratique, on est pour ainsi dire jammais dans ce cas de figure.

Après entre la théorie et la pratique il y a une grosse différence.

Un exemple simple avec un capteur monochrome sans filtre de 75x50 pixels et un objectif parfait. En théorie on doit pouvoir photographier un damier de 75x50 cases...

On s'arrange pour photographier un damier de sorte que une case du damier occupe exactement 1 pixel... On obtient un rendement de 100% et une photographie d'un damier de 3750 cases bien distinctes.


Maintenant, si on décale un peu l'appareil photo de sorte que chaque case se retrouve à cheval sur 2 pixels avec une répartition de 50% sur chaque pixel... On obtient un rendement de 0% et une photographie d'un rectangle gris uniforme de 75x50 pixels car chaque pixel verra par la même quantité de lumière.


Après, à partir de la position initiale et en se calant la case en haut à gauche du damier sur le pixel en haut à gauche du capteur, on s'arrage pour potographier le damier en s'éloignant un peu de sorte qu'il n'occupe plus que 74x49 pixels... On obtient une croix grise diffuse au centre du damier...


On fait l'inverse et on se rapproche de sorte qu'une case du damier ocupe 2.25 pixel (1.5 pixel de haut x 1.5 pixel de large). Alors qu'on souhaite photographier un sujet nettement moins détaillé que la résolution du capteur (un damier d'environ 50 cases de large sur 33 cases de haut), on perd toute notion de damier... On voit juste un motif plus ou moins régulier...


Enfin, on s'arrange pour incliné légèrement l'appareil photo sur sa droite de 5°. on obtient un "grillage" gris par dessus le damier. Avec une image beaucoup plus grande, on obtient un effet similaire (mais maillage plus grand) avec des angles nettement plus petits.


Tout ça pour dire qu'un capteur ne peut pratiquement pas pas détecter des détails régulier à fort constraste de l'ordre de sa résolution nominale dans de bonnes conditions. Ca ne marche que de façon pontuelle et celà dégrade grandement la qualité de l'image dans son ensemble. Donc on filtre pour réduire les abbérations provoqué par la matrice régulière du capteur mais en contrepartie on perd énormément en résolution. A un point tel que la grande majorité des cailloux sont bridé par le capteur.

PS: Et là on n'est que dans le cas d'un capteur monochrome, avec la couleur, c'est encore pire.

[predigny]

Evidemment,dans des cas particuliers comme ces damiers, le meilleurs dérawtiseur ne pourra rien faire de bon, mais pour des images "normales" ils savent très bien tenir compte des pixels avoisinants pour "savoir" à quelle genre de motifs ils ont à faire. Il y a toujours des pièges possibles mais dans beaucoup de cas si l'objectif est à la hauteur, la résolution spaciale de la photo est très proche de la résolution du capteur (au moins pour la luminance), ce qui est tout à fait remarquable quand on voit que le pas des blocs de base du capteur (les 4 photosites RVBV) est deux fois plus large que le pas des pixels RVB de l'image dématricée.

[atropos]

Evidemment,dans des cas particuliers comme ces damiers, le meilleurs dérawtiseur ne pourra rien faire de bon

Je suis d'accord avec toi que c'est un cas extrême, mais n'en est-il pas de même avec les test MTF50% ?
Les test de photozone et autres sont beaucoup plus exigeant que les conditions de prises de vue normales. C'est donc normal que tout les cailloux n'atteignent jammais la résolution nominale du capteur.

[jimby75]

Tout dépend du MTF que tu prends. Dans le cas de photozone, ils cherchent à compter le maximum de paires de ligne Noire/Blanche qu'on peut détecter avec un fort contraste (MTF50%). Dans la pratique, on est pour ainsi dire jammais dans ce cas de figure.

Après entre la théorie et la pratique il y a une grosse différence.

Un exemple simple avec un capteur monochrome sans filtre de 75x50 pixels et un objectif parfait. En théorie on doit pouvoir photographier un damier de 75x50 cases...

On s'arrange pour photographier un damier de sorte que une case du damier occupe exactement 1 pixel... On obtient un rendement de 100% et une photographie d'un damier de 3750 cases bien distinctes.

Maintenant, si on décale un peu l'appareil photo de sorte que chaque case se retrouve à cheval sur 2 pixels avec une répartition de 50% sur chaque pixel... On obtient un rendement de 0% et une photographie d'un rectangle gris uniforme de 75x50 pixels car chaque pixel verra par la même quantité de lumière.


Après, à partir de la position initiale et en se calant la case en haut à gauche du damier sur le pixel en haut à gauche du capteur, on s'arrage pour potographier le damier en s'éloignant un peu de sorte qu'il n'occupe plus que 74x49 pixels... On obtient une croix grise diffuse au centre du damier...


On fait l'inverse et on se rapproche de sorte qu'une case du damier ocupe 2.25 pixel (1.5 pixel de haut x 1.5 pixel de large). Alors qu'on souhaite photographier un sujet nettement moins détaillé que la résolution du capteur (un damier d'environ 50 cases de large sur 33 cases de haut), on perd toute notion de damier... On voit juste un motif plus ou moins régulier...

Enfin, on s'arrange pour incliné légèrement l'appareil photo sur sa droite de 5°. on obtient un "grillage" gris par dessus le damier. Avec une image beaucoup plus grande, on obtient un effet similaire (mais maillage plus grand) avec des angles nettement plus petits.


Tout ça pour dire qu'un capteur ne peut pratiquement pas pas détecter des détails régulier à fort constraste de l'ordre de sa résolution nominale dans de bonnes conditions. Ca ne marche que de façon pontuelle et celà dégrade grandement la qualité de l'image dans son ensemble. Donc on filtre pour réduire les abbérations provoqué par la matrice régulière du capteur mais en contrepartie on perd énormément en résolution. A un point tel que la grande majorité des cailloux sont bridé par le capteur.

PS: Et là on n'est que dans le cas d'un capteur monochrome, avec la couleur, c'est encore pire.

Super post de vulgarisation :clap: .

On va voir si j'ai compris:

Pour éviter les problèmes que tu décris, on a finalement intérêt à ce que la résolution du capteur soit largement supérieure à celle de l'objo mais que l'image produite par le processeur ait une définition conforme à ce que peut produire l'objectif pour la taille de capteur.

Exemple:
soit un objectif doté d'une résolution théorique de 8 mpx sur capteur APS-C.
Si le capteur APS-C a lui même une résolution de 72 Mpx, on aura 9 pixels (un carré de 3x3) capteur pour un pixel objectif ce qui minimisera grandement les erreurs liés au décalage dont tu parles si finalement on produit une image de 8 mpix dont la valeur de chaque pixel est calculée à partir d'une moyenne effectuée sur 9.

[sebmafate]

Il me semble qu'après apparait un autre problème...

Plus le photosite est petit et plus on rencontre d'aberrations chromatiques.

Ainsi, je crois que les capteurs APS-C ont aujourd'hui atteint une limite avec les 12Mpx... puisqu'au délà de F/11 il devient difficile d'avoir une image propre.
C'est ce que j'ai lu... je vous scannerais l'article.

En gros, l'avenir est aux capteurs FF s'il l'on veut augmenter le nombre de pixels.

[predigny]

Je suis d'accord avec toi que c'est un cas extrême, mais n'en est-il pas de même avec les test MTF50% ? ....

Le test du MTF50 peut être basé sur pas mal de types de mires différentes et toutes donnent à peut près le même résultat. L'une des mires les plus simple est juste une transition noir/blanc en biais qui correspond à bien des cas d'images réelles. La photo de cette transition est très molle et pateuse dans le cas d'objectifs de faible qualité, et est extrèmement nette pour un excellent objectif. Une analyse très simple de cette transitio sur la photo par un logiciel comme sfrwin donne instantanément une courbe qui montre de façon très claire la définition de l'objectif et la façon dont évolue le contraste dans les hautes fréquences spaciales. Un seul coup d'oeil à cette courbe montre si l'objectif est très bon ou mauvais. La confirmation avec de vraies photos de la vraie vie, confirme complètement les résultats que montrent ces courbes. Evidemment d'autre paramètres comme la déformation des droites ou du vigneting,... ne sont pas pris en compte dans ces tests et sont pourtant importants.
Devinez le quel de ces deux objectifs est le meilleur ...

[Norbert75]

En gros, l'avenir est aux capteurs FF s'il l'on veut augmenter le nombre de pixels.

Même avec un full frame, on atteint dejà la limite avec le 1DSMKIII : avec 160 pixels/mm on obtient en gros 80 paire de lignes au mm (fréquence de Nyquist), bien peu d'optiques sont capables d'atteindre cette valeur et encore s'agit-il de mires à contraste 1000:1, bien loin des valeurs des photographies de"la "vraie vie".
Seules les optiques parmi les meilleures (et encore) sont capables d'exploiter le potentiel d'un capteur 22MPx.
La question qui reste : en a-t-on vraiment besoin ....

[TransFXB]

Parcontre dans le dernier post de TransFXB, la dernière ligne m'est totalement incompréhensible car il me semble que pour les compacts avec beaucoup de Mpixels, l'optique est complètement insuffisante pour exploiter la haute densité de pixels.

ben non, c'est bien ce que je dis : on arrive aux limites avec de petits capteurs ayant plein de pixels et une optique moyenne. Les compacts sont donc à la limite (voire au dessous (donc pas bons), mais je voulais rester politiquement correct).

Heu ! c'est le contraire, non ? Pluss de pixels verts donc pluss de résolution dans le vert. Le vert étant la composante dominante de la lumière du jour, en doublant le nombre de récepteurs verts, on optimise la résolution de luminance à laquelle l'oeil est le plus sensible.

Oui pour la sensibilité mais non pour la résolution. Imagine que le capteur soit formé d'un seul gros photosite, le vert, par exemple. Dans ce cas, il est évident que même si l'objectif est capable de "séparer" deux objets, le capteur ne le verra pas puisqu'il n'a qu'un seul photosite.

je cite (cambridgeincolour.com) :
Another complication is that bayer arrays allocate twice the fraction of pixels to green as red or blue light. This means that as the diffraction limit is approached, the first signs will be a loss of resolution in green and in pixel-level luminance. Blue light requires the smallest apertures (largest f-stop number) in order to reduce its resolution due to diffraction.

Deux bon articles sur le sujet (en anglais) :

Celui-ci est en plein dans le sujet (Est-ce que les capteurs possèdent plus de résolution que les objectifs ?) :
Do Sensors "Outresolved" Lenses?

Celui-ci concerne des données plus fondamentales :
Diffraction Limited Photography: Pixel Size, Aperture and Airy Disks

[predigny]

Je pense que l'on ne raisonne pas dans le même sens : l'un pense limite du capteur et l'autre limite de l'objectif.

[TransFXB]

Je pense que l'on ne raisonne pas dans le même sens : l'un pense limite du capteur et l'autre limite de l'objectif.

Oui, c'est excatement ça ! Et la question est : "quand est-ce que la résolution du capteur dépasse la résolution de l'objectif ?"

Il s'agit bien d'une part, d'estimer la résolution d'un capteur et d'autre part, estimer la résolution de l'objectif. Et quand l'une est du même ordre de grandeur que l'autre, on commence à avoir des problèmes ou du moins des questions.

[predigny]

Oui, c'est excatement ça ! Et la question est : "quand est-ce que la résolution du capteur dépasse la résolution de l'objectif ?"...

Et pour moi c'était : "quand est-ce que la résolution de l'objectif dépasse celle du capteur" Pour un modèle d'appareil donné, on ne peut pas considérer la résolution du capteur comme une variable représant la qualité. D'ailleurs je ne suis pas sûr que le terme résolution convient pour un capteur, je crois que la "définition" serait plus adéquate mais je n'en suis pas sûr.

[Norbert75]

En fait il faudrait parler de "pouvoir résolvant" ou de "résolution" pour le capteur(comme pour un film) et de "pouvoir séparateur" pou l'objectif.

Mais bon, je pense que tout le monde à compris le sujet du fil : certains capteurs ont un pouvoir résolvant supérieur au pouvoir séparateur de certains objectifs.