Baie Georgienne - Paysage d'été
Changer la façon dont les photographies sont prises
Ces dernières années, un certain nombre de fabricants ont produit des caméras capables de produire des images de plus haute résolution grâce à ce que l'on appelle la technologie Sensor-Shift. Cette technologie a été rendue possible avec l'avènement de la stabilisation d'image corporelle (IBIS). Les concepteurs d'appareils photo ont utilisé l'IBIS pour obtenir des augmentations incroyables de la résolution d'image ou pour améliorer les informations de couleur des images prises.
Il existe un certain nombre de noms pour cette technologie, notamment le mode haute résolution, le système de résolution de décalage de pixels, le mode de prise de vue multiple avec décalage de pixels ou les noms plus génériques de décalage de pixel / décalage de capteur, mais en fin de compte, les concepts derrière cette technologie sont tous le même. Plusieurs images de la même vue sont prises de telle manière que les images sont empilées et mélangées pour créer une seule image haute résolution, généralement grande.
Cette nouvelle technologie présente des forces et des faiblesses et comprendre son fonctionnement peut vous aider à créer vous-même de meilleures images si vous disposez d'un appareil photo capable de le faire.
REMARQUE: Étant donné que les sites Web utilisent des images de résolution inférieure, les images utilisées dans cet article ont été réduites et modifiées pour simuler les différences entre les images haute résolution et la sortie standard des caméras. Lorsque vous regardez les images dans leur intégralité, les images se ressemblent, mais lorsque vous vous rapprochez des détails des images, vous commencez à voir les différences.
Marguerites Gerbera à l'intérieur, résolution normale (20 MP) Olympus OMD EM 1 Mark II
Marguerites Gerbera à l'intérieur, haute résolution (50MP) Olympus OMD EM 1 Mark II
De nombreuses approches pour les images à déplacement de capteur
La capture d'image par déplacement de capteur a été transformée des caméras spécialisées coûteuses pour devenir une fonctionnalité de plus en plus disponible sur les nouvelles caméras orientées résolution. Aujourd'hui, en plus du monstre H6D-400c de Hasselblad (images de 400 mégapixels), il existe des offres d'Olympus, Pentax, Sony et Panasonic.
Ces versions utilisent généralement la même approche conceptuelle mais à des prix beaucoup plus accessibles.
Mouvement de changement de capteur
Qui utilise Sensor-Shift?
Quel que soit le fabricant, l'action de base de la capture d'image par déplacement du capteur reste la même. Prenez plusieurs images, mais déplacez légèrement le capteur de la caméra pour chaque image afin de capturer davantage de données d'image, puis assemblez l'image.
En déplaçant le capteur, les données de couleur de l'image s'améliorent, ce qui permet de résoudre plus de détails en surmontant les problèmes inhérents aux photosites spécifiques aux couleurs. Ignorant Hasselblad, les systèmes qui utilisent cette technologie incluent des appareils photo tels que l'Olympus OM-D E-M1 Mark II (Micro Four Thirds), le Pentax K-1 Mark II DSLR, Sony a7R III et Panasonic Lumix DC-G9 (Micro Four Thirds) bien qu'il y en ait d'autres provenant des mêmes fabricants.
Trois de ces gammes sont des appareils photo sans miroir, le Pentax étant un DSLR à capteur de récolte. Il est intéressant de noter que les appareils photo Panasonic / Olympus adoptent une approche et Pentax / Sony adoptent une approche différente des mêmes concepts.
Les systèmes Olympus / Panasonic utilisent une approche qui produit de très grandes images haute résolution, tandis que les systèmes Pentax et Sony utilisent le décalage du capteur pour améliorer les informations de couleur des images de même taille. Les systèmes Pentax et Sony permettent également la séparation des images individuelles décalées par capteur, tandis que l'Olympus et Panasonic mélangent les images empilées en une seule photo.
L'Olympus OMD EM5 Mark II est doté de la technologie de changement de capteur.
Comment fonctionne la technologie des capteurs?
Pour comprendre le fonctionnement de la technologie de déplacement de capteur, vous devez également comprendre comment un capteur fonctionne généralement à très petite échelle. Au bon vieux temps de la photographie argentique, les appareils photo utilisaient des films photosensibles pour enregistrer les images. Les appareils photo numériques utilisent une approche très différente pour enregistrer la lumière.
Les appareils photo numériques utilisent des photodiodes sensibles à la lumière pour enregistrer la lumière frappant le capteur. Dans la plupart des appareils photo numériques, chaque photodiode a un filtre de couleur spécifique (rouge, vert ou bleu), formant un photosite. Ces photosites sont agencés pour permettre à la lumière d'être mélangée pour voir la couleur de l'image venant sur le capteur.
Les photosites rouge, vert et bleu sur un capteur sont généralement disposés selon un modèle spécifique connu sous le nom de matrice Bayer (alias matrice Bayer, filtre). Il existe également d'autres configurations comme le capteur Fuji X-Trans (utilisé sur plusieurs de leurs modèles d'appareils photo) ou Sigma qui utilise un capteur Foveon.
Avec un arrangement Bayer, il y a deux fois plus de photosites vertes que de rouge ou de bleu parce que la vision humaine est plus adaptée à la résolution des détails en vert. Cette disposition fonctionne généralement bien mais si vous y réfléchissez, sur une image, un pixel de couleur est créé en mélangeant ces photosites ensemble.
Le capteur ne sait pas combien de rouge il y a sur un emplacement de capteur vert ou un emplacement de capteur bleu, une interpolation est donc nécessaire. Cela peut créer des artefacts dans les photographies si vous regardez de très près et cela a tendance à signifier que les images RAW ont une mise au point très légèrement douce. Toutes les images RAW nécessitent une certaine netteté en post-traitement (le vert, le rouge et le bleu d'un pixel sont mélangés).
Modèle Bayer de photosites
Capteurs statiques
Dans un appareil photo ordinaire sans IBIS, chaque photosite n'enregistre que la lumière d'une couleur à cet endroit, de sorte que les données qu'il enregistre sont techniquement incomplètes. C'est comme un seau qui ne recueille la lumière que d'une couleur particulière. Un groupe de seaux lumineux dans le modèle Bayer est utilisé pour créer un seul pixel dans l'image numérique, mais à l'intérieur de ce pixel, il y a deux seaux verts, un bleu et un rouge.
Pour fusionner l'image et mettre une seule couleur dans ce pixel, les signaux du groupe de photodiodes sont résolus ensemble. Les données collectées sont interpolées via un algorithme de dépoussiérage intégré à l'appareil photo (jpeg.webp) ou sur un ordinateur (à partir d'une image RAW), un processus qui attribue des valeurs pour les trois couleurs pour chaque photosite en fonction des valeurs collectives enregistrées par les photosites voisins. .
Les couleurs résultantes sont ensuite sorties sous forme de grille de pixels et une photographie numérique est créée. C'est en partie la raison pour laquelle les images RAW ont une mise au point légèrement plus douce et doivent être affinées dans le flux de travail de post-production.
Capteurs mobiles
IBIS signifie que les capteurs bougent maintenant très légèrement pour s'ajuster aux mouvements subtils d'une caméra afin de maintenir l'image stable. Certains fabricants affirment que leurs systèmes sont capables de stabiliser la combinaison capteur et / ou objectif pour un équivalent de 6,5 arrêts.
Le déplacement du capteur permet à tous les photosites couleur d'enregistrer les données pour chaque emplacement sur le capteur.
Cette stabilisation est réalisée par des micro ajustements de la position du capteur. Pour les images à déplacement de capteur, ces mêmes micro-ajustements sont utilisés pour exposer chaque photosite à la lumière de l'enregistrement d'image unique. En substance, le capteur est déplacé pour ne pas s'ajuster aux perturbations externes mais pour que chaque partie d'une image contienne des informations en couleur.
Des photosites plutôt que des pixels
Vous avez peut-être remarqué le terme photosites au lieu de pixels. Les appareils photo sont souvent évalués par leurs mégapixels comme une mesure de leur pouvoir de résolution, mais cela est déroutant car les appareils photo n'ont en fait pas de pixels mais uniquement des photosites.
Les pixels sont dans l'image produite lorsque les données du capteur sont traitées. Même le terme «pixel-shift», parfois utilisé, est trompeur. Les pixels ne bougent pas, ce sont les capteurs qui ont des photosites sur eux qui bougent.
Dans la capture d'image unique, chaque photosite enregistre des données pour la lumière rouge, verte ou bleue. Ces données sont interpolées par un ordinateur de sorte que chaque pixel de la photographie numérique résultante a une valeur pour les trois couleurs.
Capteurs de changement de vitesse
Les caméras à déplacement de capteur tentent de réduire la dépendance à l’interpolation en capturant des données de couleur pour le rouge, le vert et le bleu pour chaque pixel résultant en déplaçant physiquement le capteur de la caméra. Prenons un carré de 2 × 2 pixels tiré d'une photographie numérique.
La capture numérique conventionnelle utilisant une matrice Bayer enregistrera les données de quatre photosites: deux verts, un bleu et un rouge. Techniquement, cela signifie qu'il manque des données pour la lumière bleue et rouge sur les photosites verts, des données vertes et rouges sur les photosites bleus et bleu et vert sur les photosites rouges. Pour résoudre ce problème, les valeurs de couleur manquantes pour chaque site seront déterminées au cours du processus d'interpolation.
Mais que se passerait-il si vous n’aviez pas à deviner? Et si vous pouviez avoir la couleur réelle (rouge, bleu et vert) pour chaque photosite? C'est le concept de la technologie de changement de capteur.
Une image de résolution normale.
Plonger plus profondément
Prenons un carré de 2 × 2 pixels sur une photographie numérique créée à l'aide de la technologie de décalage de pixels. La première photo commence normalement avec les données enregistrées à partir des quatre photosites. Cependant, l'appareil photo déplace maintenant le capteur pour déplacer les photosites et prend à nouveau la même photo mais avec un photosite différent.
Répétez ce processus pour que tous les photosites aient toute la lumière pour chaque point exact du capteur. Au cours de ce processus, des données de lumière provenant de quatre photosites (deux verts, un rouge, un bleu) ont été acquises pour chaque pixel, ce qui se traduit par de meilleures valeurs de couleur pour chaque emplacement et moins d'un besoin d'interpolation (estimation éclairée).
Une image haute résolution avec les mêmes ISO, ouverture et vitesse d'obturation.
L'approche Sony et Pentax
Le mode de prise de vue multiple Pixel Shift de Sony et le système de résolution de décalage de pixels de Pentax fonctionnent de cette manière. Il est important de noter que l'utilisation de ces modes n'augmente pas le nombre total de pixels de votre image finale. Les dimensions de vos fichiers résultants restent les mêmes, mais la précision des couleurs et les détails sont améliorés.
Sony et Pentax prennent quatre images déplacées d'un photosite complet par image pour créer une seule image. Il s'agit simplement d'améliorer les informations de couleur dans l'image.
L'approche Olympus et Panasonic
Le mode haute résolution des appareils photo Panasonic et Olympus, qui utilisent tous deux des capteurs Micro Four Thirds, adopte une approche légèrement plus nuancée, combinant huit expositions prises à ½ pixel l'une de l'autre. Contrairement à Sony et Pentax, cela augmente considérablement le nombre de pixels dans l'image résultante.
À partir d'un capteur de 20 mégapixels, vous obtenez une image RAW de 50 à 80 mégapixels. Il n'y a qu'une seule image sans possibilité d'accéder aux images individuelles d'une séquence.
Quels sont les avantages de l'utilisation de Sensor-Shift?
L'utilisation de la technologie de changement de capteur présente plusieurs avantages. En prenant plusieurs images, en connaissant les informations de couleur pour chaque emplacement de photosite et en augmentant la résolution, vous accomplissez trois choses principales. Vous diminuez le bruit, réduisez le moiré et augmentez la résolution globale des images.
Bruit et résolution améliorée
En prenant plusieurs images avec un changement subtil de position du capteur, la résolution de l'image augmente, tout comme les informations de couleur dans les images. Cela permet à des images similaires de permettre une plus grande exploration de l'image avec des couleurs plus douces, moins de bruit et de meilleurs détails.
Une image de résolution normale.
Une image haute résolution.
Recadrée à l'image de résolution normale, vous commencez à voir du bruit comme le grain et la variation de couleur.
Voici le même recadrage sur la version haute résolution, la couleur et les détails sont meilleurs avec moins de bruit.
Moins de moiré
Le moiré est l'apparition de motifs de bruit ou d'artefacts qui apparaissent dans des images avec des motifs réguliers serrés. Les capteurs plus récents ont tendance à avoir moins de problèmes avec Moire que par le passé, mais il apparaîtra toujours dans certaines images.
La cause du moiré a tendance à être liée aux motifs serrés enregistrés et l'appareil photo a des problèmes pour résoudre le motif car il a des problèmes avec les motifs de photosite du capteur. Les informations de couleur pour les photosites rouge, vert et bleu ont des problèmes avec les bords de ces motifs serrés car toutes les couleurs d'un seul emplacement ne sont pas enregistrées.
Avec le changement de capteur, toutes les couleurs de chaque emplacement sont présentes, le moiré a donc tendance à disparaître.
Image de résolution normale.
Image haute résolution avec zone de recadrage en surbrillance
La zone recadrée sur l'image de résolution standard - le bruit commence à apparaître (les rayures sur le papier existaient auparavant).
L'image à haute résolution a moins de bruit et plus de détails.
Alors pourquoi ne pas l'utiliser pour chaque image?
Eh bien, la raison principale est que vous devez prendre plusieurs images d'une même scène. Cela signifie que cela ne fonctionne vraiment pas bien pour les sujets en mouvement. Le processus nécessite, au minimum, quatre fois le temps d'exposition de la capture d'une seule image. Cela se traduit par quatre possibilités pour une partie de votre composition et / ou votre appareil photo de bouger pendant la capture d'image, dégradant la qualité de l'image.
Ces contraintes limitent l’application de la technologie à la photographie de nature morte et de paysage (statique). Tout mouvement dans la scène capturée va créer une zone floue ou pixélisée. C'est un problème pour la photographie de paysage s'il y a un vent qui déplace les plantes ou les nuages ainsi que les zones où l'eau courante est présente.
Cela signifie également que généralement, vous devez être très stable et utiliser un trépied, bien que les fabricants aient l'intention claire de proposer des versions qui permettront la prise de vue à la main de l'appareil photo (Pentax a cette fonctionnalité).
Image haute résolution prise sur un trépied.
Les artefacts de mouvement sont visibles lorsqu'ils sont vus de plus près.
Les bizarreries de certains des systèmes
Comme la technologie de déplacement de capteur a été mise en œuvre de différentes manières et en fonction du système utilisé, les problèmes sont un peu différents. La principale particularité est que vous avez généralement besoin d'un trépied, donc pas de course ni de pistolet.
Le système Sony a d'autres limitations que vous ne pouvez pas voir l'image tant que vous n'avez pas traité les quatre images séparées ensemble. Cela signifie que vous ne pouvez pas revoir votre image résolue sur la caméra. De plus, en raison du nombre élevé de pixels sur l'A7R mark III, tout mouvement subtil du trépied est particulièrement perceptible sur l'image résultante. Afin de modifier les images, vous devez également utiliser le logiciel propriétaire Sony pour fusionner les images.
Pentax a quelques fonctionnalités intéressantes. L'utilisation de l'application logicielle fournie avec la caméra permet d'adresser le mouvement en utilisant un algorithme dans le logiciel pour supprimer les artefacts de mouvement. Cela fonctionne mieux que les logiciels couramment utilisés pour la manipulation d'images tels qu'Adobe.
Le système Olympus existe depuis un certain temps et dans la dernière itération sur l'Olympus OMD EM1 Mark II, tout mouvement détecté verra les pixels affectés remplacés par des parties de l'une des images à résolution régulière unique dans les zones de mouvement. Cela crée une résolution inégale mais rend l'image meilleure pour des choses comme le vent. Cela limite également, en particulier s'il y a beaucoup de mouvement. Souvent, les images semblent un peu pixélisées.
Image de résolution standard d'un arbre - tout est net.
Une image haute résolution du même arbre mais il y avait du vent… La zone recadrée est affichée dans la case jaune.
Zone recadrée étendue - le mouvement du vent a généré des artefacts sur l'image.
Limites
Le plus grand défi auquel est confrontée la capture d'image par déplacement du capteur est celui des sujets en mouvement. De plus, essayer de coupler un flash avec un appareil photo à l'aide de la capture d'image par décalage de pixels peut être compliqué par la vitesse de capture d'image, les limitations de recyclage du flash et les problèmes de compatibilité généraux. Les fabricants sont conscients de ces problèmes et s'efforcent de les résoudre.
Dans l'ensemble, la technologie ne fera que s'améliorer
De plus en plus de systèmes utilisent des algorithmes pour produire ces images à plus haute résolution. Au fur et à mesure que la technologie mûrit, les implémentations obtiendront de meilleurs résultats, potentiellement capables de faire face aux mouvements et aux conditions portables.
L'avantage pour les fabricants est que des images de meilleure qualité sont produites sans avoir besoin de capteurs à haute densité de pixels très coûteux (moins chers). Les avantages pour l'utilisateur sont que les images peuvent avoir de meilleures informations sur le bruit et la couleur pour de meilleurs résultats finaux.
Bonne chasse pour cette image haute résolution parfaite!