Taille de capteur photo : quelles différences ? (FF, APS-C, M4/3, etc.)

Une vidéo pour en finir avec les erreurs sur les histoires de différentes tailles de capteur et d’équivalences en focale, ouverture et ISO !

Salut à tous, aujourd’hui je vous fait une vidéo pour essayer d’en finir avec les erreurs sur les histoires de taille de capteur et d’équivalences en focale, ouverture et ISO ! DP Review a fait un article super complet sur le sujet il y 5 ans, Tony Northup l’explique dans quasiment une vidéo sur 2 depuis … 5ans, mais en français on lit et on entend toujours beaucoup d’erreurs et d’arguments hasardeux sur le sujet, donc je reprends mon bâton de pèlerin et je vais tenter de vous convertir à la vérité sur le crop factor ! On va parler dans cette vidéo Du crop factor lui-même (mais vite fait, c’est pas le sujet principal de la vidéo) De la focale équivalente plein format. De l’ouverture équivalente plein format. De la quantité de lumière totale reçue par le capteur De l’équivalence en ISO en fonction du crop factor Et on répondra au passage à des questions qui déchire l’Internet de la photographie comme : Est-ce que la taille du capteur modifie la profondeur de champ ? Est-ce que le niveau de bruit dépend de la taille du capteur ou de la taille des photosites ? J’avais fait une courte vidéo sur le sujet il y a longtemps, mais je me suis rendu compte que malgré mes explications, tout le monde n’avais pas compris, et comme c’est quelque chose d’important, je vais cette fois ci tout détailler et illustrer. C’est parti ! Le crop factor. C’est simple, c’est le rapport de taille entre les diagonales des capteurs photos. Comme c’est un rapport, il n’a pas d’unité. On l’exprime par rapport à la taille du capteur de référence : ce qu’on appelle le plein format, qui est capteur avec une diagonale de 43 mm. Un capteur micro 4/3 a une diagonale de 21,5mm, donc calculatrice : 43 divisé par 21,5 = 2 un capteur micro 4/3 a un crop factor de 2 ! Un capteur APS-C, une diagonale de 28mm, donc pareil, 43 divisé par 28 = 1,5. Crop factor de 1,5. Pour toute la suite de la vidéo, je vais généralement utiliser les capteurs micro 4/3 en exemple parce que comme le crop factor est de 2, ça simplifie beaucoup les calculs, mais toute la suite reste valable pour tous les capteurs, APSC, micro 4/3, et même plus petits. Avant d’attaquer la suite, un rappel de math pas trop compliqué : le crop factor c’est le rapport de la diagonale, donc pour avoir le rapport de la surface, il faut mettre ce crop factor au carré, par exemple le rapport de surface entre un capteur plein format et un capteur micro4/3, c’est deux au carré, soit quatre ! Ca nous servira pour la suite Une fois qu’on sait ça, on va pouvoir attaquer la première partie, la plus simple et la plus généralement comprise : la focale équivalente plein format. Qu’est-ce que c’est ? On va commencer par un exemple. Si j’ai un objectif 50mm et que je le mets sur un appareil photo avec un capteur micro 4/3, je ne vais enregistrer que la partie centrale de l’image renvoyée par mon objectif, puisque le capteur est plus petit. Et donc si j’affiche mon image à la même taille c’est comme si j’avais plus zoomé dans l’image. Zoomer de combien ? Ben du crop factor, donc ici de 2 ! Je vais donc avoir le même angle de champ, la même vision, le même zoom comme on dit parfois à tort, avec un 50mm sur un capteur micro 4/3 que sur un 100mm sur un capteur plein format. C’est pour ça qu’on dit qu’un 50mm sur un micro 4/3 est équivalent à un 100mm sur un plein format. Parce que tous les deux produisent le même angle de champ, qui est ici de 24,4°. Par contre, bien sûr, mon objectif 50mm est toujours un objectif 50mm quelque soit l’appareil sur lequel on le met, 50mm c’est une propriété optique, déterminée par la construction physique de l’objectif, rien ne peut la modifier. Alors pourquoi parle-t-on de focale équivalente ? Pour pouvoir comparer des systèmes appareil photo + objectif différents mais conçus pour un même usage. Par exemple si je regarde mon compact, son objectif c’est un zoom qui va de 8,8mm à 26,4mm Est-ce que ça parle à quelqu’un ? Est-ce que je sais ce que je vais pouvoir prendre comme type de photo avec ça ? Non, pas du tout, parce qu’avec un crop factor de 2,73, le calcul n’est pas évident. Donc le constructeur indique qu’il s’agit d’un zoom équivalent à un 24-72mm en plein format, et là ça parle à tout ceux qui ont un peu de pratique photo. 24mm je sais que c’est un grand angle et 72mm un petit téléobjectif, donc je vois bien ce que j’ai avec ce zoom. Pareil, est-ce que ça me parle que l’objectif de mon téléphone portable soit un 4,3mm ? Non ! Par contre que c’est un équivalent 28mm en plein format oui, je vois ce que je vais pouvoir cadrer avec ! C’est à ça que serve les focales équivalentes. Il faut reconnaître que cela peut apporter de la confusion chez les débutants, et que ça pourrait être plus clair de parler uniquement en angle de champ, en disant par exemple que mon téléphone a un angle de champ de 75 degrés ou que mon 50mm sur un micro 4/3 a un angle de champ de 24,4 degrés, mais tout le monde a l’habitude de parler en équivalent plein format, ça parle aux photographes, et sur plein format il n’y a rien à convertir, donc c’est plus simple, c’est une habitude à prendre. En plus comme on peut adapter un objectif sur des boîtiers dotés de différents capteurs, parler de focale en mm est plus simple. En résumé : bien que physiquement les focales ne changent pas selon le capteur, pour comparer les usages, c’est à dire au fond les angles de champ, on parle de focale équivalente plein format, comme ça on sait facilement si un objectif sera utile par exemple pour l’animalier ou pour de l’architecture. Niveau deux ! Maintenant, on va voir que c’est exactement la même chose pour l’ouverture, et à la fin on verra que s’il y a beaucoup de confusion sur l’ouverture c’est finalement à cause de ses petits batards d’ISO. Oups, je vous ai spoilé la dernière partie de la vidéo ! Bref, pourquoi il faut aussi parler d’ouverture équivalente ? Parce que comme pour la focale, l’ouverture d’un objectif est bien une donnée physique, qui ne change pas selon le capteur utilisé. Mais comme pour la focale, son effet va être différent selon le capteur, mais cette fois indirectement. Si je reprends mon exemple précédent, j’ai mon 50mm monté sur mon appareil photo micro 4/3 Disons que je suis à f/2. Si je veux le même cadrage sur un plein format, il me faut faut donc un objectif 100mm. Et si je veux la même profondeur de champ ? Là il faut d’abord comprendre que ce qui détermine la profondeur de champ, ça n’est pas le nombre f, mais le diamètre physique de l’ouverture, qui sert à calculer le nombre F. Quelle est l’ouverture de mon 50mm f/2 ? Ben puisque le F dans F/2 veut dire focale, mon ouverture c’est 50mm divisé par deux, soit 25mm. Et je veux la même ouverture de 25mm sur mon 100mm. Par quoi est-ce que je dois diviser 100 pour avoir 25 ? Par 4 ! Donc pour avoir la même profondeur de champ que sur mon 50mm f/2 en micro 4/3 sur mon 100mm plein format il faut que je soit à f/4. Donc en termes de caractéristiques optiques (angle de champ et profondeur de champ), j’aurais la même image avec un 50mm F/2 sur un micro 4/3 qu’avec un 100mm f/4 sur plein format, ou autrement dit, un 50mm f/2 est un équivalent plein format à un 100mm f/4. J’ai donc bien multiplié à la fois la focale et le nombre F par le crop factor. Encore une fois, c’est exactement comme la focale, mon 50mm f/2 n’a pas physiquement changé en le mettant devant un autre capteur, par contre l’image que le capteur va produire va être équivalente à un 100mm f/4. Alors pourquoi ce point fait-il tant débat ? Il y a deux raisons : la première, c’est la façon dont la question est posée, et la deuxième c’est la façon dont fonctionnent les ISO. Commençons par la question ! La question est souvent posée comme ça : Bonjour, je suis débutant et je voudrais savoir, est-ce que la taille du capteur modifie la profondeur de champ ? Et là, c’est le drame ! Parce que cette question peut être comprise de deux façons différentes, avec deux réponses différentes. 1) Première façon de comprendre la question : Est-ce qu’un 50mm f/2 sur un micro 4/3 donne la même profondeur de champ qu’un 50mm f/2 sur un plein format ? Même focale, même nombre F, donc même ouverture, donc même profondeur de champ ! Donc réponse vraie : La taille du capteur ne modifie pas la profondeur de champ. Mais la question peut aussi être comprise comme ça : 2) Est-ce qu’un 50mm sur un micro 4/3 (équivalent 100mm en plein format) produit à f/2 la même profondeur de champ qu’un 100mm f/2 sur un plein format ? Et ça c’est mon exemple précédent, et on a vu que non, il produit la même profondeur de champ qu’un 100mm F/4 ! Donc autre réponse vraie : à mêmes focales équivalentes, la taille du capteur modifie la profondeur de champ. Tout le coeur du malentendu c’est ça : est-ce qu’on compare les profondeurs de champ à même focale physique ou à même focale équivalente ? Pour éviter la confusion, il faut faire un choix : soit un parle uniquement en focale et en ouverture physique, mais dans ce cas là difficile comparer différents systèmes. Soit on parle intégralement en équivalent plein format, focale ET ouverture. Et là il faut quand même pointer du doigt la responsabilité des constructeurs dans cette confusion. Les fabricants d’appareils mettent toujours en avant la focale équivalente plein format et l’ouverture physique, donc ils mélangent les deux. Ils ne mentionnent jamais l’ouverture équivalente plein format. Forcément, c’est vendeur de dire qu’on peut avoir dans la poche un équivalent 100mm et qu’il ouvre à F/2.8. Vous voyez l’arnaque ? équivalent 100mm et ouvre à F/2.8. Dit comme ça, les gens se disent qu’ils achètent l’équivalent d’un 100mm F/2.8, alors qu’ils achètent, selon comment on voit les choses : – soit un 37mm f/2.8 monté sur un capteur 1 pouce – soit en équivalent plein format un 100mm f/7,6 Et d’un coup ça fait moins rêver qu’un 100mm f/2.8 ! Ya pas de mystère, pour faire rentrer plus de lumière il faut plus des plus gros objectifs. Pour moi, pour à la fois rendre simples les comparaisons entre différents systèmes et être honnête, le plus simple c’est que dès qu’on compare des systèmes de toujours parler en équivalent plein format à la fois sur les focales et les ouvertures. L’autre option c’est de parler uniquement en focale et ouverture réelle, mais là on ne peut plus comparer les différents systèmes. Maintenant reste un point à éclaircir, qui fait aussi beaucoup débat : la question de l’exposition et de la quantité de lumière totale. Ce que je vais vous montrer c’est que non seulement l’ouverture équivalente est utile pour comparer les profondeurs de champ, comme on l’a vu juste avant, mais aussi pour comprendre la quantité de lumière totale reçue par le capteur, et donc indirectement le niveau de bruit ISO auquel on peut s’attendre. On entend souvent ça : un objectif F/2 c’est objectif F/2 que je le mette sur un plein format ou un micro 4/3, le capteur reçoit la même quantité de lumière ! La preuve, avec la même vitesse d’obturation et les mêmes ISO, mon image est exposée pareil sur les deux appareils ! On va voir pourquoi c’est faux. Ou la question peut aussi être posée comme ça : Si un 50mm F/2 sur un micro 4/3 équivaut à un 100mm F/4 sur un plein format, comment cela se fait-il que je ne soit pas sous-exposé de deux stop sur mon micro 4/3 ? Puisque je suis soit disant à f/4 au lieu de f/2. Là on va séparer la physique et l’électronique. Premièrement, la physique : Un objectif va laisser passer une certaine quantité de lumière, qui va former un cercle image dans lequel va s’inscrire le capteur de l’appareil. Physiquement cela veut dire que toute la surface du capteur va recevoir des photons dont l’énergie va être converti en signal enregistré par les photosites. Si je prend un capteur plus petit, je ne vais prendre qu’une partie de l’image au centre, donc je vais capter moins de photons, c’est à dire moins de lumière totale. Et ça c’est complètement indépendant de la taille des photosites qui sont les en gros les pixels du capteur, et dont on parlera juste après. Pour faire une comparaison, si je mets des bassines sous la pluie, à la fin de la pluie il y aura moins d’eau dans la bassine plus petite que dans la grande. La quantité d’eau dans chaque bassine dépend de sa surface. Avec les capteur photo, c’est la même chose avec des photons. Par contre il y aura le même niveau d’eau dans mes 2 bassines, par exemple 1cm d’eau, puisque les deux ont été soumises à la même pluie, c’est à dire à la même densité de chute d’eau. C’est à dire à la même densité de lumière si on revient à la photo. Au passage, que je mette une bassine, quatre bassines ou neuf bassines, si leur taille totale est identique, j’aurais autant d’eau à la fin. On reparlera de ça quand on parlera de la taille des photosites. Dans tous les cas, quelque soit la taille et le nombre des bassines, j’aurais toujours la même hauteur d’eau. Et c’est ça qu’exprime le nombre F : la densité de lumière, c’est à dire la quantité de lumière par unité de surface, non pas la quantité de lumière totale. Avec un objectif f/2, j’ai la même densité de lumière qui atteint un capteur plein format qu’un capteur micro 4/3. Logique puisque physiquement l’objectif ne change pas. Par contre, comme mon capteur micro 4/3 a une surface quatre fois plus petite, il recevra en tout quatre fois moins de lumière. Et quatre fois moins de lumière, ça correspond à deux stop de moins, donc f/4 au lieu de f/2. On obtient, comme pour la profondeur de champ, l’équivalence en quantité de lumière totale en multipliant l’ouverture par le crop factor. Pour récapituler les trois équivalences : – Pour obtenir la focale équivalente plein format, on multiplie la focale par le crop factor : Mon 50mm mit sur un capteur micro 4/3 a une focale équivalente à un 100mm plein format – Pour obtenir la profondeur équivalente plein format, on multiplie le nombre F par le crop factor : mon 50mm f/2 une profondeur de champ équivalente à celle d’un 100mm F/4 sur un plein format – Le nombre F équivalent donne aussi le nombre F qu’il faudrait sur un plein format pour avoir la même quantité de lumière : mon 50mm f/2 sur un micro 4/3 capte autant de lumière qu’un objectif f/4 sur un plein format, c’est à dire quatre fois moins. Par contre, pour les réglages d’exposition, c’est toujours le nombre F et pas le nombre F équivalent plein format qu’il faut utiliser, puisque le nombre F exprime la densité de lumière. Techniquement c’est plus excatement le nombre T, mais j’ai fait une vidéo là dessus, je vous y renvoie. Ensuite dernier point : les ISO et les histoires de taille des photosites. On va voir que l’ouverture équivalente permet aussi d’avoir une bonne idée de la quantité de bruit qu’on va avoir sur un capteur plus petit par rapport à un capteur plein format. On parle ici en supposant que les capteurs sont de même technologie et de même génération. Si je prend un capteur de ya 10 ans contre un capteur actuel, ça ne marchera pas. Si je reprend mon éternel exemple : je prend une photo avec un temps de pose donné avec mon 50mm f/2 à 200 ISO sur mon appareil micro 4/3. Pour avoir la même photo avec un plein format, je vais la prendre avec le même temps de pose, avec un 100mm pour avoir le même cadrage, et à f/4 pour avoir la même profondeur de champ. Comme je suis à f/4 au lieu de f/2, je vais devoir monter les ISO de deux stops pour avoir la même exposition, donc passer à 800 ISO. Et ce qu’on va constater, c’est que le bruit numérique sera du même niveau sur les deux photos. 800 ISO sur un plein format correspond à 200 ISO sur un micro 4/3 au niveau du bruit. Alors on ne parle pas d’ISO équivalent parce 1) contrairement aux données optiques qui sont immuable, la montée en ISO elle change au fil des améliorations technologiques des capteurs, qui sont de plus en plus précis et de plus performants. D’autre part, certains constructeurs comme Fuji trichent pas mal avec la norme ISO, donc cela complique encore les comparaisons. Le problème d’une certaine façon, c’est que par principe les ISO simplifient la prise de vue en unifiant les calculs d’exposition. Heureusement, sinon ça serait bien compliqué et utiliser un posemètre serait impossible par exemple. Mais il masque du coup la réalité de la quantité de lumière reçue par le capteur. La norme ISO a pour objectif que sur tous les appareils, avec les mêmes paramètre d’exposition, une photo d’un gris 18% produise le même jpeg à la fin. Le temps de pose et l’ouverture sont des données physiques, par contre la sensibilité ISO c’est de l’électronique, c’est quelque chose qui est réglé par le constructeur. Un capteur de même résolution mais quatre fois plus petit, reçoit quatre fois moins de lumière sur ses photosites. Il va donc devoir amplifier quatre fois plus le signal pour arriver au même niveau d’exposition que le grand capteur, et comme je vous l’expliquait dans ma vidéo sur les ISO, cette amplification s’applique au signal qu’on veut capter, mais aussi au bruit. Reste enfin la question : Est-ce que le niveau de bruit dépend de la taille du capteur ou de la taille des photosites ? Là encore, la réponse dépend de comment on comprend la question. Plus exactement, du niveau auquel on regarde le bruit. Si on regarde des images zoomées à 100%, au niveau des pixels donc, ou si on regarde les image dans leur globalité. En effet, un photosite plus gros capte plus de lumière, donc il a besoin de moins d’amplification, donc génère moins de bruit. Donc au niveau du pixel, le niveau de bruit dépend de la taille des photosites. Si je prend un capteur micro 4/3 de 16 millions de pixels, les photosites sont de la même taille qu’un capteur plein format de soixante-quatre millions de pixels, qui correspond alors à peu près à 4 capteurs micro 4/3 côte à côte. Quatre fois plus de surface et quatre fois plus de pixels, on a donc bien des photosites de la même taille. En supposant que les deux capteurs soit de même niveau technologique, si on se met à la même sensibilité ISO, qu’on prend des photos et qu’on zoom à 100%, on va constater un même niveau de bruit entre les pixels. De ce point de vue, on peut affirmer que le niveau de bruit dépend de la taille des photosites. Sauf que ce raisonnement ne vaut que si on zoom à 100% dans l’image, ce qu’on ne fait jamais ! Enfin moi perso, après vous vous faites ce que vous voulez. Ce qu’il faut comparer dans le vrai monde c’est deux images visualisées à la même taille, ou ramenées à la même résolution, et là, seule la taille du capteur compte, la taille des photosites n’a pas d’impact. Dans mon exemple précédent, si on ramène les deux images à seize megapixels, pour celle qui vient du capteur plein format pour chaque pixel final on va faire la moyenne de quatre pixels, donc diviser le bruit par quatre. Et ya pas de secret : on a capté quatre fois plus de lumière à la base qu’un capteur micro 4/3, donc quelque soit le découpage en photosite qu’on en fait ensuite, il y aura quatre fois moins de bruit sur l’image. Et ce n’est pas que de la théorie, ça se confirme en pratique. Sony décline ses capteurs plein format en plusieurs résolutions, et on constate que quand on regarde l’image à la même taille, la monté en ISO est identique sur un capteur plein format de 24 mégapixels et sur le même capteur plein format de 61 mégapixels. Je vous mets en description des liens vers des tests qui montre tout ça en détail si vous ne me croyez pas. Si Sony et d’autres déclinent leur boitiers en plusieurs résolutions, ce n’est pas pour des question de basse lumière mais pour des questions de taille de fichier, de vitesse de lecture du capteur ou de capacité vidéo. Mais c’est une autre histoire. En conclusion, à quoi ça sert tout ça ? Ca sert à s’équiper en connaissance de cause, à ne pas se faire avoir par le marketing de certaines marques et à raconter ensuite n’importe quoi. Est-ce que ça veut dire qu’il faut forcément un plein format ? Pas du tout, j’ai des appareils Fuji (avec un capteur APS-C) que j’adore, j’ai un compact Panasonic (avec un capteur un pouce) que j’ai toujours dans la poche et avec lequel j’ai énormément de plaisir à prendre des photos. Mais pour autant je connais leur limite et leur différences avec un appareil plein format, c’est tout. Je vous mets dans la description des liens vers d’autres vidéos pour approfondir certains thèmes abordé s ici. Si cette vidéo vous a appris des trucs, n’hésitez pas à la partager pour vous aussi apprendre des trucs à vos amis, à vous abonnez et à liker la vidéo. Bonnes photos, et à bientôt.

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