Taille des pixels sur la qualité des photos

[Fred_76]

Bonjour

 

Me voilà en train de poser une question fondamentale de l'imagerie numérique.

 

En dehors des questions d'échantillonnage, de temps de traitement et de taille des fichiers, à génération technologique équivalente et pour deux capteurs de même taille :

- Faut il préférer un capteur avec des petits pixels ou un capteur avec des gros pixels ?

- Est-ce que la taille des photosites va avoir une influence sur le rapport signal/bruit ?

- Est-ce qu'à surface de capteur identique, la sensibilité globale sera la même avec des gros ou des petits pixels ?

 

[Roch]

Un photosite plus petit captera nécessairement moins de lumière qu'un plus gros, puisque c'est proportionnel à la surface collectrice ( que ce soit à l'échelle du photosite ou du capteur ). Néanmoins, pour un échantillonnage égal ( c'est à dire en adaptant le F/D selon la taille du pixel ) le signal reçu sera équivalent. Cependant, quand les pixels sont trop petits, il devient parfois impossible d'avoir un F/D suffisamment court pour obtenir un échantillonnage idéal.

Si tu gardes un rapport F/D identique, le capteur à gros pixels aura l'avantage en RSB si le bruit prédominant de ton image est le bruit de lecture. Si c'est le bruit thermique ou le bruit de fond de ciel qui prédominent, cela ne changera rien.
En gros, avec un capteur aux specs identiques mais aux photosites 2 fois plus petits, il faut faire des poses unitaires 4 fois plus longues pour un résultat strictement identique. Mais le faible bruit de lecture des CMOS tend à pallier à ce problème puisque cela permet de raccourcir les poses sans contrepartie négative.

De manière générale sinon, en terme de rendement quantique un capteur "petit pixels" sera aussi bon qu'un capteur "gros pixels" depuis l'arrivée des capteurs BSI globalement.
En bruit de lecture, la pointe de l'innovation se trouve dans des capteurs de plus en plus ridiculement petits, du coup ceux-ci ont souvent un train d'avance sur les gros. ( ce qui pallie un peu au problème précédent ) 

Romain

Modifié 29 juin 2018 par Roch

[Daube-sonne]

Citation

En dehors des questions d'échantillonnage, de temps de traitement et de taille des fichiers, à génération technologique équivalente et pour deux capteurs de même taille :

 

- Faut il préférer un capteur avec des petits pixels ou un capteur avec des gros pixels ?

 

 

 Salut,

Si tu écartes les notions d'échantillonnage, la question de la préférence perd en grande partie son intérêt... Du coup ça devient évident  :  l'idéal est un capteur 24x36 monopixel Un très très gros pixel...

En effet tu dis clairement vouloir ignorer l’échantillonnage dans cette question donc la résolution ne intéresse pas... C'est une boutade pour comprendre que ce que tu gagnes en rsb (rapport signal sur bruit, ou "sensibilité") tu le perds en résolution.

Bref tu ne peux pas ignorer l'échantillonnage si tu veux choisir une taille de pixel pertinente.

En général la taille des pixels sera choisie par rapport à la résolution que tu souhaites capturer dans les limites des conditions de seeing moyen.

Si tu veux capturer 4" d'arc dans tes images, faudra que tu échantillonnes à 2"/pix. Maintenant si tu te contentais de 8" d'arc sur le ciel, un échantillonnage plus grossier (4"/pix) te suffirait. Tu l'obtiens soit en augmentant la taille des "pixels" (nouveau capteur), soit en faisant du binning 2 si c'est possible, soit en divisant ta focale par 2 (donc en améliorant ton rapport f/d = nouvel instrument de même diamètre ou réducteur de focale 0,5x).

Dans tous ces cas tu améliores ton rsb (ou ta "sensibilité", càd la facilité à obtenir un meilleur rsb avec des temps de poses totaux moindre).

Note qu'il est possible de sacrifier la résolution pour afficher un meilleur rsb en post-traitement. On peut tirer sur les courbes avec 'toshop et passer un gros coup de réducteur de bruit, puis on affiche son image à 25 % de sa taille (par ex.) et le tour est joué...

 

Donc vaut mieux au final sur-échantillonner (petits photo-sites) car on peut toujours rabaisser la réso afin d'augmenter le rsb en post-traitement. Mais on ne peut pas faire l'inverse. Ça serait une réponse à ta question ; globalement vaut mieux de petits "pixels".

Amicalement Vincent

Modifié 2 juillet 2018 par Daube-sonne

[Daube-sonne]

- Est-ce que la taille des photosites va avoir une influence sur le rapport signal/bruit ?

 

Donc OUI mais si tu m'as suivi au-dessus, tu as compris que ce que tu gagnes en rsb tu le perds en résolution  :  à diamètre fixe.

Modifié 2 juillet 2018 par Daube-sonne

[Daube-sonne]

Erreur

[litobrit]

Le 29/6/2018 à 20:59, Roch a dit :

Si tu gardes un rapport F/D identique, le capteur à gros pixels aura l'avantage en RSB si le bruit prédominant de ton image est le bruit de lecture. Si c'est le bruit thermique ou le bruit de fond de ciel qui prédominent, cela ne changera rien.
En gros, avec un capteur aux specs identiques mais aux photosites 2 fois plus petits, il faut faire des poses unitaires 4 fois plus longues pour un résultat strictement identique. Mais le faible bruit de lecture des CMOS tend à pallier à ce problème puisque cela permet de raccourcir les poses sans contrepartie négative.
De manière générale sinon, en terme de rendement quantique un capteur "petit pixels" sera aussi bon qu'un capteur "gros pixels" depuis l'arrivée des capteurs BSI globalement.
 

Il ne faut pas faire des poses 4 fois plus longues mais poser 3 fois plus (au total)

Il faut que les pixels soient suffisamment petits pour ne pas dégrader la précision de l'image et suffisamment grands pour avoir le meilleur rendement. (poser moins longtemps, au total, pour le même RSB)

Modifié 2 juillet 2018 par litobrit

[Roch]

il y a 2 minutes, litobrit a dit :

Il ne faut pas faire des poses 4 fois plus longues mais poser 3 fois plus (au total)

Il faut que les pixels soient suffisamment petits pour ne pas dégrader la précision de l'image et suffisamment grands pour avoir le meilleur rendement. (poser moins longtemps, au total, pour le même RSB)

Je ne me suis pas très bien exprimé... On ne peut pas vraiment parler d'images identiques si l'échantillonnage est différent de tte manière.

Mais si ton tube à le même diamètre et que ta surface sensible est équivalente, il y aura autant de photons au total traduits en électrons par le capteur. Même s'il y en a 4 fois moins par photosite. Donc pour être plus exact, j'aurais dû dire : "pour un résultat strictement identique, après binning logiciel/redimensionnement"

 

Les poses unitaires 4 fois plus longues sont là pour que le bruit de lecture compte dans la même proportion que dans l'image réalisée avec la caméra aux photosites deux fois plus gros.

[syncopatte]

Quid du "full well capacity"? C'est mieux avec des gros photosites non?