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Qu’est-ce que la plage dynamique d’un capteur photographique ?

mercredi 15 octobre 2008

Plus un capteur a une plage dynamique étendue, plus les zones très claires et les zones proches du noir seront richement détaillées. Et c’est souvent une qualité qui fait défaut lors de prises de vue en contre-jour.

Sujet complexe, la plage dynamique fait l’objet de 2 autres articles : La plage dynamique en photographie et La plage dynamique d’un fichier numérique


Fig. 1. Dans la vision réelle du paysage, la plage dynamique très élevée ne pose pas de problème grâce aux capacités de l’œil.

Fig. 2. Mais sur l’image enregistrée par le capteur, le rognage de la plage dynamique fait perdre du détail dans les hautes lumières et dans les basses lumières.

La limitation de la plage dynamique d’un capteur électronique est un vrai problème pour le photographe, car généralement les contrastes agréables qu’il voit dans la scène à photographier ne correspondent pas aux contrastes recueillis par l’appareil photo.

Lors de l’achat d’un appareil photo, il est difficile de faire son choix en s’appuyant sur les caractéristiques de la plage dynamique, car les constructeurs omettent de les signaler.

Le critère le plus important qui détermine la dynamique d’un capteur est la surface du photosite en micromètre. Plus sa taille est grande plus la dynamique sera grande. C’est donc un indice à ne pas négliger lors d’un achat si la plage dynamique est un élément important pour vous.

Il est assez facile de comprendre la relation qui existe entre la taille d’un photosite et sa capacité en dynamique. Plus la surface est large, plus la capacité de stocker des électrons est grande. Les spécialistes parlent de Capacité électronique maximale (full well capacity) pour qualifier cette propriété. Par exemple, un photosite capable de stocker 4000 électrons peut théoriquement encaisser une dynamique de 4000 : 1, ce qui correspond à 12 IL sur une échelle en d’indice d’exposition. Malheureusement dans les signaux de faible luminance le bruit électronique vient perturber cette théorie idéale. Le bruit de fond dû à la génération d"électrons aléatoires relève le plancher à partir duquel le premier niveau après le noir est acceptable. Par exemple si un signal de 2 électrons est considéré comme non fiable, le premier niveau acceptable se situera sur le prochain palier dynamique, c’est-à-dire à 4 électrons. Les 2 premiers paliers de dynamique (2 IL) sont perdus à cause du bruit électronique. Du côté des hautes lumières, on perd également une zone d’exposition. Il faudrait qu’il soit capable de déplacer 8 000 électrons pour encaisser un éclairement de 80 000 lux, ce n’est pas le cas, il sature à 4 000 électrons.

La plage dynamique du capteur ne restitue que les 10 IL restant (1000 : 1 en taux de contraste). C’est une limitation qui restituera des zones brulées (blanc sans nuances) correspondant aux photosites qui ont été saturés.

La définition de la plage dynamique du capteur peut ainsi se résumer comme étant la différence entre la luminance maximum mesurable et la luminance minimum enregistrable. La notion de plage dynamique se situe lors de la prise vue. Une fois le fichier numérisé, il n’existe plus de dynamique à proprement parlé et il préférable d’employer le terme plage tonale.

Fig. 4. Le passage de la plage dynamique du paysage réel à celle du capteur ne s’effectue pas par une compression de dynamique, mais par un rognage des parties hors gamme.

Plage dynamique et taille du capteur

La dynamique d’un capteur est uniquement définie par les caractéristiques des photosites. Toutefois une plage dynamique a aussi pour conséquence une lecture d’écarts de luminosité plus précise : une large plage dynamique produira une large plage tonale. Ces deux terme sont souvent confondus.

Plus un capteur est grand, plus il dispose d’informations lumineuses sous forme de flux lumineux et plus il peut lire avec précision les plus faibles écarts de luminosité. Un grand capteur améliore sa plage tonale et non sa plage dynamique.

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