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Comprendre la résolution des caméras

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Le plus souvent, les fabricants d’appareils photo commercialisent leurs produits avec leurs mégapixels.

En effet, la résolution moyenne des appareils photo numériques est en constante augmentation.

On trouve des capteurs de 20 mégapixels dans les smartphones. Avec le Sony A7R IV, vous pouvez même prendre des photos de 240MP en changeant de capteur.

Mais que signifie pour vous la résolution de l’appareil photo ? Avez-vous besoin d’un nombre élevé de mégapixels ? Aujourd’hui, nous allons le découvrir.

Pourquoi la résolution des caméras est-elle importante ?

Essayons de voir à travers les slogans marketing. Mégapixel et résolution de l’appareil photo sont devenus des mots-clés.

C’est cool, en effet, que même votre téléphone soit capable de prendre des photos de 20 mégapixels. Mais comment cela se traduit-il dans les détails ? Pas très bien.

Et plus important encore, en avez-vous besoin ?

Une réponse très générale est non ; vous n’en avez probablement pas besoin.

Il existe deux applications pour lesquelles vous avez besoin d’une haute résolution : le recadrage extensif (zoom numérique) et l’impression en grand format. Et même dans ces situations, vous avez besoin de détails, pas nécessairement de mégapixels élevés.

Qu’est-ce que le nombre de pixels ?

La résolution d’un appareil photo n’est pas égale au nombre de pixels, bien qu’ils soient souvent mélangés et utilisés de manière interchangeable. Le film a aussi une résolution, qui fait référence au niveau de détail qu’il peut résoudre.

Les pixels sont la plus petite composante du capteur d’un appareil photo numérique. Ils enregistrent la lumière. Ils sont au nombre de millions, un par un, et forment une image cohérente.

Leur nombre est important, mais il ne nous dit pas tout sur la résolution d’un appareil photo.

Le nombre de pixels se présente sous la forme de mégapixels. Un mégapixel (MP) correspond à un million de pixels. Donc, quand quelqu’un dit qu’un appareil photo a une résolution de 20 MP, il fait référence aux 20 millions de pixels de son capteur.

En effet, le nombre de pixels pose une limite au niveau de détail d’une image. Mais en soi, il ne fixe pas un niveau minimum de détail. Il ne signifie rien tant que nous ne connaissons pas d’autres facteurs.

La seule chose qu’un nombre élevé de pixels promet certainement, c’est moins de moiré.

Calcul de la taille des images en pixels

Les capteurs des caméras sont rectangulaires. Les pixels qu’ils contiennent ne sont pas dispersés de manière aléatoire – ils se trouvent dans une grille.

Les dimensions des deux côtés sont comparables. Leur rapport d’aspect va de 1:1 (carré) à 16:9 dans certaines caméras vidéo.

Les rapports d’aspect les plus utilisés sont 3:2 et 4:3.

Par exemple, mon Canon 5D MkIII a un rapport d’aspect de 3:2. Son capteur mesure 5760 pixels sur le côté long, et 3840 pixels sur le côté court.

Vous pouvez multiplier les deux côtés pour obtenir le nombre total de pixels. 5760 x 3840 est égal à 22.118.400. (Ainsi, le 5D MkIII a un capteur de 22,1MP).

Je peux toujours obtenir différents rapports d’aspect, mais seulement par recadrage. C’est aussi ce que fait l’appareil photo quand je règle un rapport d’aspect différent dans le menu. Le recadrage réduit la résolution.

Qu’est-ce que la résolution des caméras ?

Lorsque nous parlons de résolution dans le contexte des caméras, nous entendons la résolution spatiale. C’est le terme techniquement correct, mais c’est probablement la première et la dernière fois que vous le lisez.

La résolution d’une caméra nous indique le niveau de détail que les caméras peuvent fournir. En d’autres termes, c’est la « capacité de la modalité d’imagerie à différencier deux objets » (Wikipédia).

La résolution dépend de plusieurs facteurs.

Lorsque la surface d’enregistrement est un film, elle est déterminée par :

  • La taille de la pellicule. Évidemment, plus la taille est grande, plus il y a de détails
  • Niveaux de grains. Les films ISO inférieurs ont généralement moins de grain et fournissent donc une image plus nette et plus détaillée.
  •  
  • Netteté de l’objectif. Aussi grand et silencieux que soit un morceau de film, si l’appareil photo utilise un objectif de mauvaise qualité, la résolution de l’appareil restera faible.
  • Diffraction. La valeur de l’ouverture relative (diaphragme) limite la taille de la plus petite unité de détail. Elle est cependant toujours présente, à des degrés divers.

À l’ère des capteurs numériques, cela change légèrement à :

Pixel pitch. La densité des pixels sur un capteur. Donne également une mesure assez précise de la taille des pixels ;

  • La taille du capteur,
  • ISO,
  • La netteté de l’objectif,
  • Et la diffraction.

De plus, des circonstances extérieures influencent également la clarté d’une image.

  • La focalisation. Si l’image est mal focalisée, elle ne sera pas aussi détaillée qu’elle pourrait l’être.
  • Le bougé de la caméra et le flou de mouvement. Selon la vitesse d’obturation choisie, un flou de bougé ou même un tremblement peut apparaître sur la photo. Cela diminue la résolution, en particulier aux focales du téléobjectif et aux nombres élevés de pixels.
  • Flou atmosphérique. Si vous photographiez un sujet à une distance considérable, l’atmosphère elle-même commence à avoir un impact négatif sur les détails. Cet impact est le plus visible sur les prises de vue au téléobjectif. Le brouillard, la pluie et d’autres phénomènes météorologiques ont également un effet.
  • État de l’équipement. Vous avez peut-être l’objectif le plus pointu du monde, mais si vous ne le gardez pas propre, il ne fonctionnera pas au mieux de ses performances. De plus, après de brusques changements de température, de la condensation a tendance à se former sur les lentilles. Il en résulte une image floue.
  • Examinons certains de ces points en détail.

Pixel Pitch et Pixel Size

Il est évident que les petits pixels exigent une meilleure qualité optique de la part d’un objectif.

Un pixel 8μm (micromètre) a une surface quatre fois plus grande et un pas deux fois plus grand qu’un pixel 4μm.

Cela signifie que si la lentille est juste assez nette pour fournir des détails aux pixels 8μm, elle ne produira pas assez de netteté pour les pixels 4μm.

Où peut-on trouver de petits pixels ?

À deux endroits :

  • Les grands capteurs avec un nombre très élevé de pixels. Un Canon 5Ds R a un pas de pixel d’environ 4 µm. C’est un appareil photo plein cadre de 51MP.
  • Des capteurs plus petits avec un nombre de pixels normal. Un iPhone XR a un appareil photo de 12 Mpx. Mais son capteur est si petit que les pixels ne mesurent que 1,3µm. Ses pixels sont donc neuf fois plus petits que les pixels du 5Ds R.

Le Canon 5D (l’original), quant à lui, a un nombre de pixels de 12 Mpx sur un capteur plein cadre. Le pas des pixels est de 8µm. Ses pixels sont 36 fois plus grands que ceux de l’iPhone !

Des pixels plus petits signifient également moins de lumière tombant sur un seul pixel.

Cependant, les grands et les petits pixels doivent être mis au même niveau. Sinon, l’image composée de petits pixels serait beaucoup plus sombre.

Il en résulte plus de bruit, car lorsque vous éclaircissez une image, vous éclaircissez également son bruit.

Avec des pixels plus petits, la diffraction est également plus prononcée. Elle commence à avoir un effet perceptible à de faibles ouvertures, parfois déjà à f/2,8.

Mais qu’est-ce que la diffraction ?

Comprendre la diffraction

Il est difficile d’expliquer la diffraction sans être très scientifique. Si vous êtes un expert en physique – pardonnez ma simplification.

Vous êtes probablement familier avec la diffraction dans l’eau. Lorsque vous placez une barrière avec un petit trou dans le chemin de l’eau, l’écoulement se courbe près du trou. Plus le trou est petit, plus il est courbé.

C’est ce qui se passe aussi avec la lumière. À des ouvertures plus petites (diaphragmes plus élevés), la diffraction nuit à la netteté et à la résolution.

En raison de la diffraction, il existe une limite physique très mesurable à la résolution. Quelle que soit la qualité de votre objectif, c’est toujours vrai. C’est ce que donne cette formule :

p = (1,22 λ A) / 2

Ici, p est le plus petit pixel qui peut recevoir des informations au niveau du pixel de l’objectif. λ est la longueur d’onde de la lumière entrante, et A est le f/stop.

Calculons avec l’appareil photo de l’iPhone XR. Nous ouvrons l’ouverture jusqu’à f/1,8 pour obtenir la plus petite quantité de diffraction.

La longueur d’onde de la lumière visible est d’environ 0,5µm.

p = (1,22 * 0,5µm * 1,8) / 2

Le p résultant est de 1,1µm.

Cela signifie que le XR de l’iPhone (avec son pas de pixel de 1,3 µm) est très proche d’être limité par diffraction.

Ainsi, même si l’objectif est optiquement parfait, sans aberrations, il est à son maximum. Elle ne peut pas accommoder de plus petits pixels.

Prenons un autre exemple.

À f/16, le p résultant est de 7,3µm. Cela signifie que les appareils photo dont le pas des pixels se situe autour de cette valeur ne sont affectés que par la diffraction au-dessus de f/16.

Ainsi, le 5D original avec son pas de pixels de 8µm n’est limité par la diffraction qu’après f/16.

Cela coïncide avec mes expériences. Lorsque j’utilise l’ancien 5D, j’ai tendance à m’en tirer même avec f/16 sans diminution de la netteté. Sur le 5D MkIII et MkIV, c’est plutôt f/11 et f/9.

Regardez cette illustration que j’ai prise avec le Canon 5D MkIV et l’objectif macro Canon 100 mm f/2,8L. Les deux prises de vue sont parfaitement mises au point ; l’adoucissement est dû à la diffraction.

Comment la netteté de l’objectif affecte-t-elle la résolution ?

Ainsi, pour que la diffraction ne constitue pas une menace pour la résolution de l’image, vous devez rester à f/8 ou en dessous sur la plupart des caméras.

Mais les grandes ouvertures peuvent aussi affecter la netteté au pire – surtout sur les objectifs moins chers, mais les objectifs ne sont généralement pas les plus performants en grande ouverture.

Veuillez noter que je ne parle ici que de la netteté et non des autres aspects de l’esthétique de l’image. La netteté est une qualité importante d’un objectif, mais elle n’est pas un facteur décisif, du moins pour moi.

Les graphiques MTF sont une excellente mesure de la netteté d’un objectif. Ils vous montrent la résolution d’un objectif, indépendamment de la taille du capteur et du nombre de pixels.

Mais vous pouvez aussi vérifier vos objectifs dans la vie réelle. En fin de compte, si elles sont assez nettes pour vous, vous pouvez y aller.

La limite supérieure de la netteté d’un objectif est la netteté au niveau des pixels. Cela signifie qu’une lentille est si nette qu’elle peut résoudre des données d’image pour chaque pixel, sans affecter le pixel voisin.

Cela dépend non seulement de l’objectif, mais aussi de l’espacement des pixels des appareils photo sur lesquels vous l’utilisez.

Mon objectif de 85 mm f/1.8 est suffisamment net pour fournir une netteté au niveau du pixel sur le Canon 5D de 12 mégapixels.

Pas tellement sur le Canon 5D MkIV de 30MP, mais il est toujours aussi performant. Et j’adore cet objectif de toute façon.

Cela prouve également que les petits pixels exigent plus des objectifs.

Notez que lorsque vous regardez les deux images à la même taille (disons, sur votre moniteur), vous ne remarquerez pas de différence. Vous ne la verrez que lorsque vous les examinerez en zoom.

Quelles sont les causes du flou atmosphérique ?

Nous savons tous que lorsque la lumière traverse le verre, elle se réfracte. Mais ce n’est pas un pouvoir surnaturel du verre uniquement.

La lumière se réfracte dans toutes les substances, y compris l’air.

On ne la remarque pas à courte distance. Elle devient apparente lorsque vous photographiez des sujets éloignés avec un téléobjectif.

Jetez un coup d’oeil à cette photo. Je l’ai prise avec un objectif de 400 mm f/2,8 (un peu excessif pour cette tâche, je sais) à f/8. Les bâtiments les plus proches sont à 5 km (3mi), donc tout est mis au point. Mais remarquez la différence entre les bâtiments au premier plan et les collines à l’arrière-plan.

L’avant-plan est beau et net. Il est suffisamment proche pour ne pas être affecté de manière significative par le flou atmosphérique.

Les collines sont plus de trois fois plus éloignées de la caméra. À cette distance, la lumière commence à se diviser. Les différentes longueurs d’onde sont décalées différemment. Ce décalage provoque du flou.

Comment obtenir la plus haute résolution

Maintenant, je ne vous dirai pas d’aller acheter la caméra mégapixel la plus élevée que vous pouvez trouver. Le nombre de mégapixels et de pixels, comme je l’ai déjà dit, ne signifie rien sans les paramètres et la technique appropriés pour les prendre en charge.

Il est important de noter que très souvent, votre objectif n’est pas de capturer la plus grande quantité de détails que vous pourriez théoriquement capturer.

La photographie n’est pas seulement une question de netteté. Il s’agit de communiquer une histoire ou un sentiment. Ou de plaire esthétiquement.

Néanmoins, il existe des applications pour lesquelles vous souhaitez obtenir une résolution maximale. Il se peut que vous vouliez la recadrer plus tard (« zoom numérique »). Les grands tirages nécessitent également des images très détaillées.

Alors, que pouvez-vous faire pour obtenir la plus haute résolution avec votre équipement photographique ?

Connaissez votre objectif. Sachez qu’il est net et qu’il a des points faibles. Examinez les ouvertures pour lesquelles il est le plus performant. Vérifiez si la mise au point rapprochée donne une image plus floue, c’est souvent un problème. Vérifiez la netteté à différentes longueurs focales sur toute la plage de zoom.

Connaissez votre appareil photo. Connaissez les niveaux ISO que vous pouvez atteindre sans trop affecter l’image.

Prenez des photos à la bonne vitesse d’obturation. Faites des essais avec des vitesses d’obturation à toutes les longueurs focales. Nous connaissons tous la règle de la distance focale inverse, mais ce n’est pas tout. Quand je photographie des gens, j’ai tendance à ne pas aller plus lentement que 1/400s, pour figer le mouvement. (A moins que je ne veuille un effet de flou de mouvement créatif).

Réglez correctement. Réglez le format d’image complet et la meilleure qualité de JPG. Ou réglez-le simplement sur RAW, pour avoir plus de choix lors du post-traitement. Vérifiez également les réglages de netteté de votre appareil photo. Il ne fournit pas plus mais souligne les détails existants. Cependant, une netteté excessive peut nuire aux détails d’une photo.

Nettoyez votre appareil photo et votre objectif. Assurez-vous qu’il n’y a pas ou peu de poussière dedans. Si votre objectif présente des champignons, faites-le enlever. Nettoyez le capteur.

Vérifiez vos filtres. Si vous utilisez des filtres, assurez-vous qu’ils ne dégradent pas la qualité de l’image. Certains filtres moins chers ont tendance à diminuer la netteté.

Faites une mise au point précise. Exercez la mise au point automatique, faites-la se comporter comme vous le souhaitez. Si nécessaire, faites des micro-ajustements AF. Soyez attentif au décalage de mise au point de votre objectif et faites la mise au point en conséquence. Si vous photographiez des sujets stables sur un trépied, utilisez la mise au point manuelle.

Soyez conscient des circonstances extérieures. Les jours brumeux, bien que prometteurs pour la photographie créative, n’aident pas à la netteté.

Faites attention à la diffraction. Vérifiez l’espacement des pixels sur votre appareil photo et essayez d’éviter les ouvertures qui sont affectées par la diffraction.

Résolution et culture

L’une des raisons principales de la prise de vue d’images très détaillées est la possibilité de les recadrer plus tard.

Cela vous donne de la souplesse et une liberté créative. Vous pouvez modifier votre composition, votre sujet principal, votre point de mire et communiquer autre chose en recadrant.

Notez que le « zoom numérique » est le même processus que le recadrage, mais il se fait à l’intérieur de l’appareil photo, sans possibilité de révéler plus tard les parties recadrées. Je recommande d’éviter le zoom numérique. Recadrez plutôt vos images lors du post-traitement.

Je n’aime pas photographier avec des zooms. J’apprécie la lumière supplémentaire plutôt que la polyvalence. C’est pourquoi je n’ai souvent qu’un objectif de 24 mm et un de 85 mm en voyage.

La plupart du temps, je change de cadrage en me rapprochant du 24 mm. Cela donne aussi une perspective que je préfère.

Cependant, sur la photo ci-dessous, j’ai dû recadrer plus tard. Je ne pouvais pas me rapprocher. Pour être juste, j’aime les deux versions de la même façon, mais l’image recadrée met plus d’attention sur le garçon, et moins sur l’environnement.

J’ai pu le faire parce que j’avais beaucoup de résolution.

Comment éviter la pixellisation lors de la mise à l’échelle

La mise à l’échelle ou l’agrandissement de petites images donne rarement les résultats escomptés. Adobe Photoshop et d’autres programmes de retouche proposent des algorithmes permettant de rendre les photos mises à l’échelle moins pixélisées, mais le résultat est loin d’être net.

Cependant, ces dernières années, les options sont devenues beaucoup plus sophistiquées. Cela est dû à la montée et à l’évolution des algorithmes d’apprentissage automatique.

L’outil de Photoshop s’est considérablement amélioré, mais il existe des services en ligne pour la mise à l’échelle avancée.

Regardez cette vidéo de PiXimperfect pour en savoir plus sur ces services.

Résolution et utilisation numérique

L’affichage numérique des images ne nécessite pas une grande résolution.

Les images que vous trouvez sur les sites web sont minuscules. Par exemple, sur notre site, nous utilisons des images qui ont 700 pixels sur leur côté le plus long.

Cela suffit pour voir ce qu’il y a dans l’image. Mais c’est aussi assez petit pour être chargé rapidement.

La résolution totale des moniteurs et des téléviseurs n’est pas beaucoup plus grande non plus. Les tailles d’écran les plus populaires sont la HD et le FullHD, le 4K gagnant de plus en plus de parts de marché.

Mais qu’est-ce que c’est exactement ?

La HD fait référence à 1280 x 720, ou 1366 x 768 pixels. Ils sont d’environ 1 mégapixel !

Le FullHD est deux fois plus grand, avec 1920 x 1080 pixels. Cela fait 2 mégapixels.

Le 4K est un pas important, il est quatre fois plus grand que le FullHD, à environ 3840 x 2160. C’est près de 8 mégapixels.

Les écrans à plus haute résolution sont rares.

Conclusion

Alors, avez-vous besoin d’une haute résolution ?

Si c’est le cas, vous savez maintenant aussi que les détails et la résolution ne sont pas seulement une question de mégapixels. D’autres facteurs techniques et humains contribuent à une photographie à haute résolution.

Heureusement, vous êtes maintenant en mesure d’obtenir l’image la plus nette possible avec votre appareil photo.

Bonne chance!

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