La meilleure réponse de Quel point et quelles pousses sont bons dans des conditions de faible luminosité? dit que (1) un objectif rapide / grande ouverture (2) une manipulation ISO 400+ raisonnable et (3) un grand capteur lorsqu'ils sont assemblés sont essentiels pour la prise de vue en basse lumière.
Le premier que je comprends (il laisse entrer plus de lumière), le second que je comprends (le "film" est plus sensible à la lumière). Désolé, je ne comprends pas le troisième facteur.
Réponses:
Il est plus facile de comprendre la différence lorsque le capteur le plus grand et le plus petit ont les mêmes mégapixels. Si nous avons quelques caméras hypothétiques, une avec un capteur APS-C plus petit et une avec un capteur plein format, et supposons que les deux ont 8 mégapixels, la différence se résume à la densité de pixels .
Un capteur APS-C mesure environ 24x15 mm, tandis qu'un capteur plein format (FF) mesure 36x24 mm. En termes de surface, le capteur APS-C mesure environ 360 mm ^ 2 et le FF est de 864 mm ^ 2 . Maintenant, le calcul de la zone réelle d'un capteur qui est des pixels fonctionnels peut être assez complexe d'un point de vue réel, nous supposerons donc pour l'instant des capteurs idéaux , où la surface totale du capteur est dédiée aux pixels fonctionnels, supposons que ces pixels sont utilisés aussi efficacement que possible et supposent que tous les autres facteurs affectant la lumière (tels que la distance focale, l'ouverture, etc.) sont équivalents. Compte tenu de cela, et étant donné que nos caméras hypothétiques sont à la fois 8mp, alors il est clair que la taille de chaque pixelpour le capteur APS-C est plus petite que la taille de chaque pixel pour le capteur FF. En termes exacts:
APS-C:
360 mm ^ 2/8 000 000 pixels = 0,000045 mm ^ 2 / px
-> 0,000045 mm ^ 2 * (1000 µm / mm) ^ 2 = 45 µm ^ 2 (microns carrés)
-> sqrt (45 µm ^ 2) = 6,7 µmFF:
864 mm ^ 2/8 000 000px = 0,000108 mm ^ 2 / px
-> 0,000108 mm ^ 2 * (1000 µm / mm) ^ 2 = 108µm ^ 2 (microns)
-> sqrt (108µm ^ 2) = 10,4µm
En termes plus simples et normalisés de «taille de pixel», ou de la largeur ou de la hauteur de chaque pixel (souvent cité sur les sites Web de matériel photo), nous avons:
Taille de pixel APS-C = 6,7 µm pixel
Taille de pixel FF = 10,4 µm pixel
En termes de taille de pixel, un appareil photo FF 8mp a des pixels 1,55x plus grands qu'un appareil photo APS-C 8mp. Cependant, une différence unidimensionnelle de la taille des pixels ne raconte pas toute l'histoire. Les pixels ont une zone bidimensionnelle sur laquelle ils rassemblent la lumière, donc prendre la différence entre la zone de chaque pixel FF par rapport à chaque pixel APS-C raconte toute l'histoire:
108µm ^ 2 / 45µm ^ 2 = 2,4
Un appareil photo FF (idéalisé) a 2,4x , soit environ 1 arrêt , la puissance de collecte de lumière d'un appareil photo APS-C (idéalisé)! C'est pourquoi un capteur plus grand est plus avantageux lors de la prise de vue en basse lumière ... ils ont simplement une plus grande puissance de collecte de lumière sur une période donnée.
En termes alternatifs, un pixel plus grand est capable de capturer plus de coups de photons qu'un pixel plus petit dans un laps de temps donné (mon sens de «sensibilité»).
Or, l'exemple et les calculs supposent avant tout des capteurs "idéalisés", ou des capteurs parfaitement efficaces. Les capteurs du monde réel ne sont pas idéalisés, et ils ne sont pas aussi faciles à comparer à la manière des pommes. Les capteurs du monde réel n'utilisent pas chaque pixel gravé dans leur surface avec une efficacité maximale, les capteurs plus chers ont tendance à avoir une «technologie» plus avancée intégrée, comme les microlentilles qui aident à recueillir encore plus de lumière, des espaces non fonctionnels plus petits entre chaque pixel, fabrication de câblage rétroéclairé qui déplace la colonne / la ligne, active et lit le câblage sous les éléments photosensibles (tandis que les conceptions normales laissent ce câblage au-dessus (et interfèrent avec) les éléments photosensibles), etc. De plus, les capteurs plein format sont souvent ont un nombre de mégapixels plus élevé que les capteurs plus petits, ce qui complique encore plus les choses.
Un exemple réel de deux capteurs réels pourrait être de comparer le capteur Canon 7D APS-C avec le capteur Canon 5D Mark II FF. Le capteur 7D mesure 18mp, tandis que le capteur 5D mesure 21,1mp. La plupart des capteurs sont classés en mégapixels approximatifs et ont généralement un peu plus que leur nombre commercialisé, car de nombreux pixels de bordure sont utilisés à des fins d'étalonnage, obstrués par la mécanique du filtre du capteur, etc. Nous supposerons donc que 18mp et 21,1mp sont réels - nombre de pixels dans le monde. La différence de puissance de collecte de lumière de ces deux capteurs actuels et modernes est la suivante:
7D APS-C: 360 mm ^ 2/18 000 000 pixels * 1 000 000 = 20 µm ^ 2 / px
5DMII FF: 864 mm ^ 2/21 100 000 pixels * 1 000 000 = 40,947 ~ = 41 µm ^ 2 / px41µm ^ 2 / 20µm ^ 2 = 2,05 ~ = 2
L'appareil photo plein format Canon 5D MkII a environ 2x la puissance de collecte de lumière de l'appareil photo 7D APS-C. Cela se traduirait par environ un arrêt de sensibilité native supplémentaire. (En réalité, le 5DII et le 7D ont tous deux une ISO native maximale de 6400, mais le 7D est un peu plus bruyant que le 5DII à la fois à 3200 et 6400, et ne semble vraiment se normaliser qu'à environ 800 ISO. Voir: http: / /the-digital-picture.com/Reviews/Canon-EOS-7D-Digital-SLR-Camera-Review.aspx ) En revanche, un capteur FF de 18 mpx aurait environ 1,17x la puissance de collecte de lumière du capteur FF de 21,1 mégapixels de le 5D MkII, car moins de pixels sont répartis sur la même zone (et plus grande que l'APS-C).
À strictement parler, ce n'est PAS la taille du capteur qui le rend meilleur, c'est la taille des pixels.
Les pixels plus grands ont plus de surfaces pour capturer la lumière et accumuler une tension plus élevée provenant de la libération d'électrons lorsque des photons (lumière) frappent la surface. Le bruit inhérent étant principalement aléatoire est donc relativement inférieur par rapport à la tension plus élevée qui augmente le rapport signal / bruit (S / N).
Les données implicites qui vous manquaient sont que les capteurs plus grands ont tendance à avoir des pixels plus grands. Il suffit de comparer un D3S 12 MP plein format avec un D300S 12 MP recadré. Chaque pixel a 2,25 fois plus de surface, c'est pourquoi le D3S a une performance stellaire à haute ISO.
EDIT (2015-11-24):
Pour les non-croyants anonymes qui votent vers le bas, il y a un exemple plus récent et meilleur. Sony a deux appareils photo plein format presque identiques, l'A7S II et l'A7R II. Leurs capteurs sont de la même taille mais le premier a une résolution de 12 MP, tandis que le dernier 42 MP. Les performances en faible luminosité et la plage ISO de l'A7S II sont très en avance sur l'A7R II, atteignant 409 600 ISO contre 102 400. Cela représente une différence de deux arrêts uniquement pour les pixels plus grands.
La taille du pixel unique est presque hors de propos. Telle est la légende urbaine!
Étant donné deux caméras identiques avec un capteur de la même taille mais un nombre de pixels différent (disons 2MP et 8MP) - et donc une taille de pixel différente. La quantité de lumière qui pénètre dans le capteur dépend du diamètre de l'objectif et non de la taille des pixels. Nul doute que l'image 8MP sera plus bruyante que l'image 2MP, mais si vous réduisez le 8MP à 2MP, vous obtiendrez presque la même image - avec presque le même niveau de bruit. Ce sont des mathématiques simples. Je dis presque parce que la logique du capteur coûte de la taille. Comme vous aurez 4 fois plus de logique sur un capteur 8MP que sur un capteur 2MP, vous obtiendrez une zone de capteur photosensible moins nette. Mais cela ne vous coûtera pas 1 arrêt (= 50%), peut-être un peu, mais pas tant que ça!
Ce qui fait la différence, ce sont les lentilles. Si vous avez pris une photo, vous ne serez pas intéressé par les mesures - ni la taille du capteur, ni la taille des pixels ni la distance focale. Vous voulez attraper un visage, un groupe de personnes, un bâtiment ou autre chose à une distance donnée. Ce qui vous intéresse, c'est l' angle de vue . Votre distance focale dépendra de la taille du capteur et de l'angle de vue. Si vous avez un minuscule capteur, vous aurez également une minuscule distance focale (disons quelques mm). Un objectif avec une distance focale minuscule n'attrapera jamais beaucoup de lumière, car son diamètre sera limité. Un capteur plus grand aura besoin d' une plus grande distance focale, un objectif avec la même vitesse aura un plus grand diamètre et attrapera donc beaucoup plus de lumière.
Qui a besoin de 10MP ou plus, sauf pour imprimer des affiches? Réduit à quelques MP, toutes les images semblent correctes. La taille du capteur ne limite pas directement la qualité de votre image, mais votre objectif le fera. Bien que la taille de l'objectif dépend souvent de la taille du capteur (ne doit pas). Mais j'ai vu des appareils photo avec de petits capteurs et beaucoup de MP mais de grands objectifs (disons supérieurs à 2 cm de diamètre) qui prennent de superbes photos.
J'ai écrit un article là- dessus il y a quelque temps. C'est en allemand, je n'ai pas eu le temps de le traduire en anglais - désolé pour ça. Il est plus bavard et explique certains problèmes (en particulier le problème du bruit) un peu plus en détail.
La taille d'un pixel individuel n'a pas d'importance. Plusieurs petits pixels peuvent être combinés mathématiquement en un seul grand, en échangeant les détails pour la sensibilité.
Un appareil photo à grand capteur possède, pour un angle de vue donné, un objectif à focale plus longue qu'un petit appareil photo à capteur. Cet objectif plus long présente, pour un diaphragme donné, une grande ouverture physique (ouverture dans l'iris). Il en résulte plus de lumière pénétrant dans le système et explique les meilleures performances en cas de faible luminosité. Il explique également la faible profondeur de champ.
La surface du capteur numérique est recouverte de photosites. Ceux-ci enregistrent l'image du monde extérieur telle que projetée par l'objectif. Pendant l'exposition, des rayons de formation d'image sous forme de photons bombardent la surface du capteur. Les coups de photons sont proportionnels à la luminosité de la scène. En d'autres termes, les photosites qui reçoivent des coups de photons qui correspondent à des zones fortement éclairées de la scène, reçoivent plus de coups de photons que des photosites qui correspondent à des zones d'images faiblement éclairées. Une fois l'exposition terminée, les photosites contiennent une charge électrique proportionnelle à la luminosité de la scène. Néanmoins, le degré de charge dans tous les photosites est trop faible pour être utile à moins d'être amplifié. L'étape suivante du processus de formation d'image consiste à amplifier les charges.
L'amplification, c'est comme augmenter le volume d'une radio ou d'un téléviseur. L'amplification démarre la force du signal d'image, mais elle induit également une distorsion sous forme d'électricité statique. En imagerie numérique, nous n'appelons pas cette distorsion statique; nous l'appelons «bruit». Le bruit induit est en fait appelé bruit à motif fixe. En effet, chaque photosite a des caractéristiques légèrement différentes. En d'autres termes, ils répondent chacun différemment à l'amplification. Le résultat est que certains photosites qui ont eu peu de coups de photons seront représentés en noir alors qu'ils devraient être en gris foncé ou gris. Il s'agit d'un bruit à motif fixe. Nous atténuons en n'augmentant pas l'amplification (en gardant l'ISO bas) et par le logiciel dans la caméra.
Étant donné que le bruit de motif fixe est généralement dû à une forte amplification, il va de soi que plus de coups de photons sur un quelconque site photos donné génèrent une charge plus élevée et nécessitent moins d'amplification. En bout de ligne, les puces d'imagerie plus grandes arborent des photosites plus grands avec une plus grande surface permettent plus de coups de photons pendant l'exposition. Plus de hits se traduisent par moins d'amplification; donc moins de distorsion due au bruit de motif fixe.
Les capteurs plus grands sont généralement légèrement plus mauvais en basse lumière pour capturer une image. Des lentilles plus grandes sont généralement disponibles pour des capteurs plus grands, et des lentilles plus grandes sont généralement meilleures en cas de faible luminosité si cela ne vous dérange pas la profondeur de champ réduite.
Il y a beaucoup sur Internet affirmant que la quantité de lumière recueillie par un capteur est proportionnelle à la taille du capteur. Ceci est une erreur. Etant donné le même angle de vue de l'objectif, la même quantité de lumière sera projetée sur le capteur quelle que soit la taille du capteur. Si un capteur plein format et un capteur MFT ont le même nombre d'éléments pixels, alors chaque élément détectera la même quantité de lumière, quelle que soit leur taille. Pensez à ceci: mettez un morceau de papier au soleil derrière un cercle de verre - rien ne se passe. Concentrez la lumière sur une petite zone de ce papier avec une loupe de même diamètre que le cercle de verre susmentionné et le papier chauffera car la densité d'énergie dans la zone de mise au point est beaucoup plus grande. Il en va de même pour les capteurs d'image; petit capteur = densité d'énergie plus élevée que grand capteur = même énergie par unité de surface sur les deux capteurs. La raison d'un plus grand bruit sur des capteurs plus petits est ailleurs; peut-être dans les interférences de radiofréquence entre des éléments de détection d'image étroitement emballés.