Le capteur numérique – chapitre 1
Le capteur est le cœur d’un appareil photo numérique, et détermine en grande partie la qualité du résultat final. Cependant, les différences entre les divers types et tailles ne sont pas toujours claires. Examinons d’abord la caractéristique la plus frappante d’un capteur : ses dimensions.
ANALOGUE : du grand au petit…
Pour comprendre l’origine des désignations populaires des tailles de capteurs, il faut remonter à l’apogée de la photographie analogique.
Le terme “grand format” fait référence aux films plats, autrefois produits avec toutes sortes de dimensions, mais aujourd’hui limités pour la plupart aux versions 4×5 pouces et 8×10 pouces. Ces supports d’images souples (d’abord en acétate, puis en polyester) ont remplacé dès le début du XXe siècle les émulsions photosensibles appliquées sur des substrats en cuivre, en papier ou en verre utilisés dans les années pionnières.
Le “moyen format” est le nom collectif de toute une série de formats d’images (6×9 cm, 6×7 cm, 6×6 cm et 6×4,5 cm) enregistrées sur un film en rouleau (permettant respectivement 8, 10, 12 et 16 images). Cette bande de film de 61 mm de large a été introduite pour le marché amateur dès 1901. Les appareils photo à bascule, les appareils à télémètre, les modèles à deux objectifs et les reflex à miroir ont contribués à la grande popularité du film en rouleau auprès des professionnels et des amateurs de photo. En 1965, la bobine “120” a été complétée par une variante “220”, avec une bande de film deux fois plus longue (et donc offrant deux fois plus de vues).
La pellicule “petit format“, encore plus étroite, a été introduite en 1925 en même temps qu’un boîtier télémétrique compact. Des images de 24×36 mm étaient enregistrées sur une bande de film perforée de 35 mm de large (déjà utilisée pour les films de cinéma), qui à partir de 1934 sera fournie dans une cassette “135” très pratique. Avec l’avènement des films couleur et des nombreux types d’appareils photo, le film 35 mm est rapidement devenu le standard pour les photographes amateurs et de reportage.
Vers 1960, des appareils photo compacts “demi-format” sont apparus, enregistrant des images de 24×18 mm sur un même film 35 mm : à peine la moitié de la taille du “plein format” original, d’où le nom. Plus tard, on retrouve les cartouches APS ou Advanced Photo System (utilisant un film de 24 mm de large avec, en mode “C” ou “Classic”, des images de 25,1×16,7 mm) et les cassettes 110 (images de 13×17 mm sur un film de 16 mm de large).
Un aperçu des formats de film : film plat 4 “x5”, film en bobine 120, cartouches 35mm 135 et APS, et cassettes de film 110
…et NUMÉRIQUE : du petit au grand.
Pour les capteurs numériques, la taille s’est développée dans le sens inverse : pendant longtemps, il restait impossible de fabriquer des puces de grandes dimensions de manière reproductible et abordable.
Les premières caméras numériques utilisaient de tout petits capteurs CCD avec une résolution très limitée (moins de 2 Mpx). Ils n’avaient souvent pas de viseur optique ou seulement un viseur optique.
Les capteurs APS-C avec une résolution d’environ 3 Mpx ont été introduits avec les premiers appareils photo reflex numériques (DSLR) vers 2000. Leur désignation est due au fait que la taille du capteur de 23,5×15,6 mm (rapport 3:2) est comparable au format de film APS-C. En début de 2004, une nouvelle génération d’appareils photo plus abordables, équipés de capteurs 6 Mpx, a signifiée l’ouverture du marché de la photographie de loisir. Chaque fabricant offrait également des objectifs compacts adaptés à ce format.
Les appareils photo équipés de capteurs “plein format” (full frame), qui utilisent un format d’image proche du 24 x 36 mm des films 35 mm, sont apparus d’abord en 2002 pour les professionnels, et à partir de 2005 aussi pour les photographes amateurs. La plupart voulaient effectivement utiliser les objectifs de leurs appareils reflex analogiques 35 mm également en numérique. En outre, les caméras APS-C ont continué d’évoluer, offrant des alternatives plus compactes et moins coûteuses.
En 2008, les premières caméras “sans miroir” sont apparues avec des capteurs “Micro Four Thirds” (MFT ou M43), dont les images de 13,0 x 17,3 mm (rapport 4:3) ont une taille similaire à celle des films en cassette 110. Les viseurs électroniques (EVF) avaient suffisamment évolué pour s’attaquer aux viseurs optiques reflex, éliminant ainsi le coûteux et délicat système de miroir repliable.
Plus récemment encore, des capteurs “grand format” ont été introduits, avec des dimensions supérieures à la référence plein format. À l’origine, ces capteurs étaient intégrés dans des “dos numériques”, à utiliser avec les systèmes d’appareils photo grand format existants. En 2016, les premières caméras sans miroir sont apparues avec un capteur de 50 Mpx mesurant 32,9 x 43,8 mm (rapport 4:3), suivies en 2019 par des capteurs de 102 Mpx tout aussi grands. Leur résolution et leur qualité de l’image sont équivalents ou dépassent celles des films moyen format antérieurs.
Quatre formats de capteurs couramment utilisés
Format du capteur et “facteur de recadrage”
Si nous photographions un sujet avec des appareils photo utilisant des capteurs de tailles différentes, chacun avec le même objectif et à la même distance de prise de vue, l’image enregistrée avec un capteur plus petit apparaît plus agrandie que le résultat avec un capteur plus grand. Cela s’explique par le fait que les différentes tailles de capteurs produisent un champ de vision différent :
Un capteur plus petit correspond à un cadrage plus serré
La photo prise avec le capteur plus petit ressemble à un recadrage de la photo prise avec un capteur plus grand.
Le facteur de recadrage (crop factor) est défini comme le rapport entre la taille diagonale d’un capteur donné et la taille diagonale du format de référence (film 24 x 36 mm ou capteur plein format). C’est un moyen d’indiquer comment le cadrage de l’image varie en fonction de la taille du capteur.
En prenant la dimension diagonale, nous pouvons prendre en compte les différents rapports d’aspect (3:2, 4:3…) entre les capteurs. Notez également que les surfaces des capteurs sont proportionnelles au carré du facteur de recadrage.
Prenons comme exemple un objectif de 50 mm de distance focale, conçu pour être utilisé avec un capteur plein format. L’objectif projette un cercle d’image rond, suffisamment large pour remplir le format d’image 35 mm de façon nette.
Le capteur plein format enregistre, en quelque sorte, une découpe rectangulaire du cercle d’image de l’objectif. Le cadre rouge indique ce qui sera éventuellement vu sur la photo.
Un capteur APS-C est environ 1,5x plus petit qu’un capteur plein format. Les dimensions de l’image sont donc 1,5x plus petites. Pour cette raison, un facteur de recadrage de 1,5x s’applique au format APS-C.
Avec les objectifs spécifiquement conçus pour être utilisés sur les caméras APS-C, un cercle d’image plus petit est suffisant. Cela leur permet d’être plus compacts, plus légers et moins chers.
Pour prendre exactement la même photo avec un capteur plein format, il faudrait utiliser un objectif (plein format) avec une distance focale 1,5x plus longue. On considère un objectif de 50 mm sur un appareil photo APS-C équivalent à un objectif de 75 mm (50 x 1,5) en plein format.
Un capteur Micro Four Thirds (MFT) est environ deux fois plus petit que celui d’une caméra plein format, donc la zone enregistrée est également 2x plus petite. Avec le format MFT, un facteur de recadrage de 2x s’applique. Pour prendre la même photo avec un appareil photo plein format, nous devons utiliser un objectif de 100 mm (50 x 2).
Si nous utilisons notre objectif plein format 50 mm sur un appareil photo avec un capteur grand format, la zone enregistrée sera plus grande que le cercle d’image plein format ne le permet. Le long des bords et dans les coins de l’image, nous verrons de l’obscurcissement (vignettage), du flou et/ou d’autres distorsions.
Un objectif de 50 mm spécialement conçu pour être utilisé avec des appareils photo grand format fournit un cercle d’image suffisamment large. La diagonale du capteur grand format est environ 1,25 fois plus grande que celle de notre référence plein format. Au grand format s’applique donc un facteur de recadrage de 0,8x (1/1,25).
Pour enregistrer le même champ de vision élargi avec une caméra plein format, nous devons utiliser un objectif (plein format) avec une longueur focale 1,25x plus petite. C’est pourquoi nous appelons un objectif de 40 mm sur un appareil photo grand format l’équivalent d’un objectif de 50 mm sur un appareil plein format.
Quel sont les formats de capteur des appareils Fujifilm ?
Tous les appareils de la Série X (comme le X-T4 illustré à gauche) ont un capteur de taille APS-C de 23,5 x 15,7 mm. Leur facteur de recadrage est de 1,52x. Ces appareils offrent la meilleure qualité d’image de leur catégorie avec des boîtiers compacts. Tous les objectifs XF et XC ont été conçus et optimisés spécifiquement pour ce format d’image.
Les quatre modèles de la gamme GFX (comme le GFX100S, en haut à droite) sont dotés d’un capteur grand format qui mesure 43,8 x 32,9 mm, soit environ deux fois plus haut et plus large qu’un capteur APS-C. Le facteur de recadrage dans ce cas est de 0,79x. Les caméras GFX “plus que plein format” apportent une qualité d’image exceptionnelle en même temps que des performances élevées et une grande facilité d’utilisation. Les objectifs de la série GF qui l’accompagnent correspondent parfaitement au format plus grand du capteur.