Capteurs d'appareils photo numériques - Digital camera sensors

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Capteurs d'appareils photo numériques

             Le premier appareil photo numérique a été créé en 1975 par Steve Sasson, un ingénieur d’Eastman Kodak, en utilisant un capteur CCD (Charged-Coupled Device).

             La caméra numérique est devenue populaire dans les années 90 et a remplacé la caméra à film vers le milieu des années 2000 lorsqu'elle est devenue accessible au consommateur.  Mais elle a évolué depuis son apparition sur le marché.  Depuis 2010, même le téléphone cellulaire a une caméra numérique incorporée.

             L'âme de la caméra numérique est son capteur, qui détermine la dimension de l'image, la résolution, la profondeur de champ et la dimension de l’appareil.
 

             Le capteur remplace le rouleau de film de jadis.  Toutes les caractéristiques de la pellicule sont maintenant contrôlées par le capteur.  Les effets spéciaux sont appliqués par la suite via  un logiciel.  Le capteur détermine l'apparence de votre image et la qualité de l'image dépend du nombre de pixels que peut contenir votre capteur et leur dimension. 

             La dimension du capteur est importante.  Un capteur plus petit captera une moins grande partie de la scène qu'un capteur plein cadre parce qu'il appliquera un recadrage à la lentille.  La référence plein cadre est la pellicule 35 mm.

Types de capteurs

Il existe deux grands types de capteurs, CCD (Charged-Coupled Device) et CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor).

Capteur CCD avec circuit imprimé flexible (Source: Wikipedia)

Le CCD est le type de capteur original,  Il est reconnu pour son étendue dynamique et son contrôle du bruit de lecture dans l'image.  On le retrouve dans les appareils pour amateurs, mais la plupart des fabricants l'ont laissé tomber à cause de sa grande consommation d'énergie.

Le CMOS a évolué d'un produit inférieur à un produit de même calibre que le CCD.  Il est plus efficace, utilise moins d'énergie, a plus de caractéristiques et est plus efficace pour les photos en rafales.

Capteur d'image CMOS (Source: Wikipedia)

Le capteur d'image convertit les électrons en voltage.  Un CMOS a un circuit intégré pour chaque capteur.  Chaque pixel est lu en même temps et transmet ensuite les données numériques en même temps.  Cette méthode implique beaucoup de circuits mais est très efficace.  Sur un CCD, les pixels sont stockés sur une puce pour ensuite être acheminés à un convertisseur analogue à numérique un par un pour bâtir les données de l'image.  Ce procédé requiert beaucoup plus d'énergie que le CMOS mais produit une image plus nette.

             Sigma utilise le capteur Faveon X3 basé sur le capteur CMOS.  Live MOS est une marque utilisée depuis 2006 par Leica, Olympus, et Panasonic dans leurs systèmes 4/3 d'appareils Reflex avec une qualité équivalente au CCD et une consommation d'énergie équivalente au CMOS.

Dimension des capteurs

Plein cadre (36mm par 24mm) est l'équivalent de la pellicule 35mm.  Il a presque le double de la dimension du capteur APS-C.  Les appareils professionnels comme la Nikon D800, et la Canon EOS 5D Mark III et la Nikon D4 utilisent ce capteur.  Certains appareils avec lentille fixe comme la Sony Cyber-shot RX1 et la Sony Alpha SLT-A99 utilisent les capteurs plein cadre.

Les capteurs plein cadre n'ont pas de coefficient de conversion et sont excellents pour la macrophotographie et les vidéos.  Le capteur plus grand implique un appareil plus gros. 

APS-H (28.7mm par 19mm) (Active Pixel Sensor) est le type de capteur le plus commun dans les caméras consommateurs autant pour les appareils Reflex que pour les appareils à objectif fixe.  Il combine le capteur plus grand avec un nombre modéré de pixels, augmentant ainsi la vitesse et la performance ISO.  Mais il applique aussi un coefficient de conversion de 1.3X.  La Canon 1D Mark IV et la Canon 1D Mark III utilisent ce type de capteur.

APS-C (23.6mm par 15.8mm): la plupart des appareils Reflex de Canon, Nikon, Pentax, et Sony utilisent ce type de capteur.  Par contre le capteur APC-C de Canon mesure 22.2mm par 14.8mm alors que le capteur des appareils Sony, Pentax, Fujifilm, et Nikon (DX) a une dimension entre 23.5mm par 15.6mm et 23.7mm par 15.6mm.  La Ricoh GR (23.7mm par 15.7mm), la Canon EOS M (22.3mm par 14.9mm), les Sony NEX line, et les caméras Fujifilm utilisent tous des capteurs APS-C.

4/3 (17.3mm par 13mm): celui-ci est d'environ un quart de la dimension plein cadre.  C'est un standard ouvert Reflex créé par Olympus et Kodak et est utilisé dans tous les appareils d’Olympus et Panasonic.  Le coefficient de conversion est de 2X et double la longueur focale de la lentille.  La Olympus OM-D E-M1, la Olympus Pen E-PL5, et la Panasonic Lumix GH4 utilisent tous ce capteur.

Format CX (1 pouce): Nikon utilise ce format dans ses appareils Nikon 1 camera system, et Sony l’utilise dans la Cyber-shot DSC-RX100.  Le coefficient de conversion  est de 2.7X.

(Source: Wikipédia MarcusGR)

(Source: Wikipédia - Hotshot977)

Capteurs plus petits: 1/1.7 pouces (7.6mm par 5.7mm), 1/2.5 pouces (5.76mm par 4.29mm), 1/3.2, 1/2.3, 2/3, 1/3.2, 1/1.2, et 1/1.8, 1/2.7- pouces (5.37mm par 4.04mm)

Les appareils compacts comme la Canon PowerShot SX280 HS et les caméras Samsung Galaxy utilisent le capteur 1/2.3-pouces (6.17mm par 4.55 mm), alors que la Nikon P7700 a un capteur plus large de 1/1.7-pouces (7.44mm par 5.58 mm).

Les téléphones intelligents tel que le iPhone 5s et le HTC One ont un capteur 1/3-pouces (4.8mm par 3.6mm) et moins de pixels. La Nokia Lumia 1020 utilise un capteur de 1/1.5-pouces, de 41-megapixel avec un capteur CMOS.  La Sony Xperia Z1 utilise un capteur de 1/2.3-pouces de 20-méga pixels. La Samsung Galaxy S4 Zoom a un capteur de 13-méga pixels de 1/2.3-pouces.

La qualité d'image des téléphones intelligents est inégale.  Jetez un coup d'œil au vidéo de Molly Wood du New  York Times sur less autophotos prises avec téléphone intelligents.

Mythes des Mégapixels

La croyance populaire veut que plus il y a de méga pixels, plus la photo sera de qualité.  C'est un peu simple comme logique.  L'objectif et le logiciel intégré sont aussi importants.  Tout dépend de ce que vous voulez faire avec vos photos.  Si vous voulez imprimer de grandes photos ou avez l'intention de tronquer vos images, une haute résolution sera pratique.  Si vous avez l'intention d'imprimer des photos de dimension standard ou simplement partager vos photos en ligne, la résolution est moins importante.  Par contre, les photos haute résolution créent des fichiers plus gros et exigent plus de puissance de traitement pour travailler avec ces fichiers, alors que les fichiers à plus petite résolution ont plus de bruit de lecture et une qualité inférieure lorsque l'éclairage est faible.

L'achat d'un appareil photo

Avant de prendre une décision finale, visitez votre magasin de photographie local et posez des questions.  Lorsque vous aurez choisi quelque modèles intéressants, visitez des sites spécialisés comme Les numériques et Tom's Guide (en français) pour une autre opinion sur vos modèles.  Vous voudrez aussi regarder les évaluations des sites Cnet France, Pixel Valley ou 01net pour voir ce qu'ils ont à dire.  Vous pouvez aussi faire une recherche Google sur  ''évaluation d'appareils numériques'' et ainsi faire un choix judicieux.

Quelques liens intéressant:

La charte - pas de zombie 

25 tours à jouer au premier avril 

Le droit de vote pour tous - Guy Nantel 

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English version

Digital camera sensors

             

             The first electronic camera was built in 1975 by an Eastman Kodak engineer named Steve Sasson using a CCD (Charged-Coupled Device) image sensor.

             Digital cameras became common in the 1990's and all but replaced film cameras in the mid 2000's when they became affordable for consumers. They have evolved dramatically since they were first introduced, and by 2010, even cellphones had built-in digital cameras.

             The core of a digital camera is its sensor.  It determines image size, resolution, depth of field, range and camera size.

             The image sensor replaces the film.  All of the features from film are now built-into the image sensor.  Special effects are applied after the fact using software.  The sensor determines how your pictures will look, and image quality depends on how many pixels will fit on your sensor and their size.

             Sensor size is important. A smaller sensor will capture less of a scene than a full-frame sensor because it applies a crop factor to lenses.  Full-frame reference is the standard 35mm film.

Sensor types

There are two common types of sensors: CCD (Charged-Coupled Device) and CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor).

CCD sensor on a flexible circuit board
(Source: Wikipedia)

CCD is the original image capture method and has better dynamic range and noise control.  It is still found in budget models but, because of its higher power consumption, most manufacturers have dropped it for CMOS.

             CMOS has evolved from an inferior product to a product that equals CCD standards.  Furthermore, it is more efficient, uses less power, has more functionality and is better at high speed bursts.

CMOS image sensor
(Source: Wikipedia)

Image sensors convert electrons into voltage.  A CMOS sensor has circuitry at every sensor.  Each pixel is read at the same time and then transmitted as digital data at the same time.  This makes for lots of circuitry but is very efficient.  On a CCD, the pixels are recorded on the chip and then sent through analog to a digital converter one by one to build the data.  This requires more processing power than CMOS but produces a cleaner image.

             Sigma use Faveon X3 sensors based on CMOS.  Live MOS is the brand name used by Leica, Olympus, and Panasonic in their Four Thirds System DSLRs since 2006, with quality equivalent to CCD and the power consumption of CMOS.

Sensor sizes

             Full-Frame (36mm by 24mm) is equivalent to 35mm film.  It is almost twice the size of APS-C sensors.  Pro level cameras like the Nikon D800, the Canon EOS 5D Mark III, and the Nikon D4 use these sensors.  Some fixed lens cameras like the Sony Cyber-shot RX1 and the Sony Alpha SLT-A99 also use full-frame sensors.

             Full-frame sensors have no crop factor and are great for macro photography and videos.  With the larger sensor comes a larger image file size and camera body size.

             APS-H (28.7mm by 19mm) (Active Pixel Sensor) is the most common type of sensor on consumer cameras both for DSLRs and fixed-lens cameras.  It combines a large sensor with a moderate number of pixels which boosts speed and ISO performance.  But it also applies a 1.3 crop factor.  The Canon 1D Mark IV and Canon 1D Mark III use this kind of sensor.

             APS-C (23.6mm by 15.8mm): Most DSLRs from Canon, Nikon, Pentax, and Sony use this kind of sensor.  However, the Canon APS-C sensor measures 22.2mm by 14.8mm while the Sony, Pentax, Fujifilm, and Nikon (DX) versions range from 23.5mm by 15.6mm to 23.7mm by 15.6mm.  The Ricoh GR (23.7mm by 15.7mm), the Canon EOS M (22.3mm by 14.9mm), the Sony NEX line, and Fujifilm cameras all use APS-C sensors.

             Four Thirds (17.3mm by 13mm) is about one quarter the size of a full-frame.  This is an open DSLR standard created by Olympus and Kodak and is used in all Olympus and Panasonic cameras.  The crop factor is 2X and doubles the focal length of the lens.  The Olympus OM-D E-M1, the Olympus Pen E-PL5, and the Panasonic Lumix GH4 have this sensor.

             CX format (1 inch):  Nikon uses this format on the Nikon 1 camera system.  Sony's Cyber-shot DSC-RX100 also uses this sensor.  The crop factor is 2.7X.

(Source: Wikipedia MarcusGR)

 (Source: Wikipedia - Hotshot977)

Smaller sensors: 1/1.7 inch (7.6mm by 5.7mm), 1/2.5 inch (5.76mm by 4.29mm), 1/3.2, 1/2.3, 2/3, 1/3.2, 1/1.2, and 1/1.8, 1/2.7-inch (5.37mm by 4.04mm)

Point-and-Shoot cameras like the Canon PowerShot SX280 HS and the Samsung Galaxy Camera use 1/2.3-inch sensors (6.17mm by 4.55 mm), while the Nikon P7700 has a larger 1/1.7-inch (7.44mm by 5.58 mm) sensor.

             Smartphones such as the iPhone 5s and the HTC One have a 1/3-inch image sensor (4.8mm by 3.6mm) and fewer pixels. The Nokia Lumia 1020 boasts a 1/1.5-inch, 41-megapixel CMOS sensor.  The Sony Xperia Z1 carries a 1/2.3-inch, 20-megapixel sensor and the Samsung Galaxy S4 Zoom features a 13-megapixel, 1/2.3-inch sensor.

Smartphone picture quality is uneven. Take a look at this video from Molly Wood of the New York Times about selfies with Smartphones.

Megapixel myth

It is commonly thought that the more megapixels the better the pictures, but that’s just part of the story. Your lens and camera software are also important.  It also depends what you intend to do with your photos. If you want to make large prints or intend to do a lot of cropping, higher resolution is very useful.  If you intend to print standard size pictures or just share your photos online, resolution is less important.  What you'll encounter is larger files and greater processing power to work with high resolution photos whereas smaller resolution pictures will have more noise and poorer quality in low light.

Buying a camera

Before taking a decision, visit your local camera shop and ask questions.  Once you set your mind on a few models, visit specialized sites like Steves digicam and DPReview for a second opinion on the models.  You might also want to take a look at PC Magazines reviews, Tech Hive camera reviews to see what they have to say.  You can do a Google search on digital camera reviews and pick a few from the list.  It’s worth the added research to get a better idea of what to expect from your chosen models.

A few interesting links:

26 brilliant pranks for April fools 

Cow in the closet (Just for laughs) 

The charter: No to zombies