lilmite très théorique de définition d'un apn

Salut

je me pose la question "quel est la limite théorique de la définition d'une image ?"

Un petit exemple pour tenter de me faire comprendre.

Ainsi, une cellule d'un A.P.N. actuel, par exemple, qui aurait une pixellisation de 100 méga, c'est à dire que si l'on photographie un m² on pourrait avoir des détails de l'ordre d 1/10.000 de mètre de coté soit donc de 1 micron. Étant donné la taille du photon, on doit pouvoir descendre encore beaucoup plus bas. Ici je ne tiens pas compte des limite des matériaux, seulement du caractère spécial ondulatoire et particulaire du photon.

Le Vieux

Le Vieux a écrit:

Salut

je me pose la question "quel est la limite théorique de la définition d'une image ?"

Un petit exemple pour tenter de me faire comprendre.

Ainsi, une cellule d'un A.P.N. actuel,  par exemple,  qui aurait  une pixellisation de 100 méga, c'est à dire que si l'on photographie un m² on pourrait avoir des détails de l'ordre d 1/10.000 de mètre de coté soit donc de 1 micron. Étant donné la taille du photon, on doit pouvoir descendre encore beaucoup plus bas. Ici je ne tiens pas compte des limite des matériaux, seulement du caractère spécial ondulatoire et particulaire du photon.

Le Vieux  

Il suffit de se rappeler que la limite de définition des films "chimiques" haute sensibilité était (et est) de plusieurs millions de pixels par mm2. Elle dépendait de la taille des "grains" qui captaient la lumière. J'ignore si on arrivera un jours à collecter photons par photons. Mais, il semble qu'on n'a pas encore atteint la limite envisageable des possibilités des capteurs. Mais, il y a une limite qui existe depuis quelques temps et que peu de monde perçoit. En fait, dans 99% des cas, lorsque tu prend une photo et que tu l'affiche sur un écran ou que tu l'imprime, la couche logicielle qui fait cela réduit le nombre de pixels utilisés. Les apn prennent trop de pixels pour la plupart des usages courants. Cela offre un avantage à ceux qui travaillent leurs photos, on peut en couper diverses parties sans perte visible de qualité. Je m'explique : admettons que je décide de recadrer ma photo et que je n'en garde que 70%, j'ai bien perdu 30% des pixels de la photo originelle. En fait, je ne les ai pas perdus, puisque c'est moi qui les ai mis à la poubelle. Pourtant, puisque j'ai "trop" de pixels pour l'usage que j'en fait, ma photo semble toujours d'aussi bonne qualité. Il faudrait que je l'imprime en A3, voire en A2 pour discerner des différences.

Il y a aussi un interet pour la retouche proprement dite plus de details= retouche plus fine et moins perseptible, c'est une des raisons que les moyen format ont plus de pixels que le reflexes (en plus de leur taille plus grande)
Un autre interet est de noyer le bruit des pixels par le nombre
Il y a un autre interet que Nokia utilise avec son lumia c'est de pouvoir combiner les pixels pour gagner en dynamique et en reduction du bruit
La limite pour la taille d'un photosite, avec les technologies actuelles ca donne ce qui se fait en smartphone a 8/12Mpl qui font 1,5µm. Mais bon a ces tailles la fuite de courant est enorme et difficile a gerer sur un reflex . Canon a un capteur de demo a 100Mpxl
Si on change de technologie avec molecules photosensibles on descend a 10-20 nm par pixel. Avec le graphene on descend encore d'un facteur 10.
Mais bon les objectifs auront du mal a suivre , idem pour les soucis de diffraction, tache d'airy ...

Les films argentiques usuels d'autrefois sont equivalent a du 6Mpxl

Salut

Buck a écrit:

10-20 nm par pixel. Avec le graphène on descend encore d'un facteur 10.

Bigre, si je calcule bien cela doit faire 1/500 millionième de mètre (si c'est 20 nm*10), on pourrait voir les microbes sur mon m² si l'on y parvenait

Le Vieux

La réponse à ta question est très simple.
Sans tenir compte des limitations technologiques la résolution est limitée par la formule d'Abbe, qui régit par la même occasion la limite de résolution des microscopies.
Elle correspond à la moitié de la longueur d'onde utilisée (elle dépendra donc de la couleur de la lumiére utilisée).
Donc en gros un peu moins qu'1/2 micron.
Si tu utilises une autre onde que la lumière pour prendre une photo, par exemples des électrons, on descend nettement plus bas (c'est le cas des microscopes électroniques).
Note qu'avec des artifices un génie du nom de Stefan Stern a réussi a briser cette limite en jouant sur les propriétés lumineuses de certains composés fluorescents.

Merci Steph

Juste une petite correction: j'ai dit un peu moins qu'1/2 micron mais comme le vert se trouve vers 400nm et le bleu vers 600nm, j'aurais plutôt dû dire 1/4 de micro.

Si vous voulez en savoir plus sur les méthodes qui permettent de dépasser la limite de diffraction (autrement appellée la loi d'Abbe), accrochez-vous à vos bretelles et jetez un oeil sur l'article concernant la "super-resolution microscopy" sur wikipedia (en anglais et non je ne traduirai pas).
Les grande compagnie comme Zeiss ou Leica ont déjà mis le grapin sur les méthodes les plus évoluées. Un microscope à fluorescence de cet accabi coûte la bagatelle de 1,5 à 3 Millions d'Euros.

salut

Une demi micron cela fait tout de même une belle résolution, mon m² pourrait donner ainsi donner 2 mégapixel de coté de résolution à la lumière naturelle
Ce qui revient aussi à dire que si l'on garde la taille actuelle des sdd qui est environ celle du 24/36 un apn n'ira pas plus haut que (24*2000) *(36*2000)=3,44 giga, donc ceci serait la limite théorique d'un APN, limite qui sera dans la pratique inférieure à cause comme expliqué plus haut par d'autre que moi, des limites des objectifs, des diffractions, des vitesses de l'informatique de traitement, etc...

Le Vieux

et si c'est 1/4 de micron au lieu de 1/2 on aura 4 fois plus de résolution

Je ne voudrais pas pinailler mais je pense que tu confonds définition et résolution d'une image.
La taille d'une image en pixels est la définition (d'où le concept de haute définition, la même image est composée de plus de pixel).
La résolution définit le lien entre le nombre de pixels de l'image et sa taille en cm LORS DE L'IMPRESSION. Autrement dit, elle définit la taille d'un pixel dans le monde réel.

Je ne connais pas bien la taille des pixels des capteurs d'appareils numériques mais je peux facilement imaginer des tailles inférieures à 250nm (*), ce qui ferait qu'on aurait une définition d'image numérique supérieure aux besoins réels, car l'optique ne suivrait pas. Il est à noter que dans les microscopes de haut de gamme (Zeiss p.ex), les abhérrations sont éliminées à un point tel que la résolution réelle est très proche de la résolution théorique. Les microscopes électroniques ont également connu de grands progrès ces derniéres années et on arrive aussi à des résolutions quasi-atomiques (donc de l'ordre de l'angstrom et même au-delà).

Une petite remarque supplémentaire: il arrivera bien un jour (peut-être y est-on déjà?) où la technologie dépassera les capacités de l'oeil. Or, finalement tout ca c'est bien prévu pour être observé avec un oeil. Donc la course à la définition n'aura plus de sens quand la résolution d'un image (la taille des pixels dans le monde réel) dépassera les capacités de l'oeil.

(*) en fait j'en sais foutrement rien, peut-être que Buck pourrait nous en dire plus?

@ Le Vieux, quand on parle de résolution, on devrait parler de pixels par mm2 et non pas de pixels tout court. L'oeil a un certain pouvoir de résolution (qui varie avec l'age).

Si tu t'éloigne assez, l'image 1 et 2 te paraitront être aussi nettes l'une que l'autre. Éloigne-toi encore plus et tu ne verra plus de différences entre les 3 images. Avec ma vue et mes lunettes, je dois m'éloigner de l'écran d'environ 2 mètres pour ne plus voir de différence entre les 2 images de gauche. Si tu a une meilleure vue que moi, tu devra t'éloigner plus.

Le nombre de pixels d'un capteur d'apn correspondent à une certaine taille d'image. Il faut bien tenir en compte qu'en fait, chaque point individuel est composé de 3 points de 3 couleurs différentes (et certaines imprimantes ajoutent un 4ème paramètre qu'ils nomment profondeur et qui est en fait une image de la luminosité du point.

Je me rappelle qu'il y a pas mal d'années, on voyait des photos qu'un américain faisait à partir d'une optique d'un appareil d'observation aérienne. On avait l'impression qu'on pouvait agrandir indéfiniment la photo. Pour avoir une image nette, il faut une certaine résolution, elle est de 300 ppi au minimum pour la majorité d'entre nous. Il s'agit de pixel par inches. On peut aussi parler de pixels par mm2 ou cm2, il suffit de faire la conversion. Pour avoir une image de bonne qualité en 13x18, il faut 2 megapixels. Pour du 20x25, 3 Mpx. Pour un A4, il en faut environ 9 Mpx ... Mais cela dépend si tu regarde ton image depuis une distance standard de 25 cm, plus ou moins. Si tu te sert d'une loupe pour les examiner, il faudra augmenter la résolution de ton imprimante.

De l'autre coté, il y a la résolution de la surface sensible. Pour avoir un maximum de pixels, il y a 2 solutions. La première est de prendre un capteur ayant une grande surface. Quand j'ai commencé à m'intéresser à la photo dans les années 70, j'ai emprunté un livre à la bibliothèque et on y parlait des aberrations qui apparaissaient aux bords de certaines images 6x6 à cause des objectifs de l'époque. Une tâche ronde était en fait un peu elliptique. Pour avoir une bonne image, il faut prendre des lentilles de grand diamètre ... mais là, c'est le poids qui en prend un coup. L'autre solution, c'est de multiplier la densité des capteurs sur une surface la plus petite possible.

Les films argentiques à la résolution la plus élevée tournaient autour de 20Mpx pour du 24x36. On parle de presque 30Mpx pour les meilleurs films Kodakrome.

Donc en fait, plus ton image finale sera grande, plus tu aura besoin de pixels. Ces pixels pouvant être collectés par un appareil avec une grande surface sensible et une faible résolution ou une grande résolution et une surface sensible plus petite.

Et je pense comme Steph, tu semble confondre définition et résolution. Dans le lien suivant, il y a un tableau qui donne la distance d'où tu dois regarder un tirage de 50 cm ou d'un mètre de haut pour voir en ce qu'on nomme la haute résolution : Haute résolution numérique

Salut

Merci pour vos explications, toutefois je ne pense pas confondre pixellisation et définition.
Le pixel est la plus petite unité d'une image, un pixel peut être soit éclairé soit éteint, en informatique c'est un bit, ainsi une image noir et blanc sans aucune nuance ce sera comme les photos dans les vieux journaux en grossissant on aura que des points noir plus ou moins espacés (c'est à cette définition que je pensais au départ, donc sans aucune nuance).
Pour obtenir de la couleur il faudra au moins un octet pour obtenir 256 nuances (de couleurs ou de gris peu importe) donc il faudra au moins 8 pixel pour obtenir le petit carré de la 3ème photo de Nardu.

Je suppose sans en être certain, que dans le cas d'une couleur chaque pixel réagit à une longueur d'onde. Mais bon, comme on utilise que les 3 couleurs fondamentales , cela doit être un peu plus compliqué que cela.

Le Vieux

En fait un pixel n'est pas un simple interrupteur, c'est plutot un variateur a l'envers.
Un pixel c'est une diode sensible a la lumiere polarisee en inverse. En inverse la diode delivre peu de courant (nano Ampere) jusqu'a sa tension de claquage (8-9V pour les photodiodes). Si on envoie de la lumiere on observe une augmentation du courant proportionnel a la quantite de lumiere recue. Ce qui fait qu'on peut discerner plusieurs niveaux. En fonction du pixel si il a soit un filtre au dessus soit une position particuliere dans la matrice de bayer ou une certaine profondeur (capteur foveon ou les 3 pixels RVB sont superposes car la lumiere penetre plus ou moins en fonction de sa longueur d'onde, bleu 1µm, vert 3µm rouge 5µm) peut etre code sur plusieurs bits (14 en raw chez canon). La dynamique revient en fait a voir l'ecart de courant entre pas de lumiere (dark current) et la saturation du pixel
Pour la taille de pixel: sur un capteur FF 24-36 de 38mpxl (le D810 de Nikon) donne une taille max de pixel de 4,7µm (1,1 sur les meilleurs smartphones)
Comme dit plus haut il est possible de descendre plus bas en taille, chez Samsung ils bossent sur des recepteurs de lumiere moleculaire mimant ce qui se fait dans la nature

wow 1µm on s'approche sérieusement de la limite théorique! Cela n'a probablement beaucoup de sens d'aller plus loin, l'optique et les conditions d'éclairage seront alors limitantes.

@Le Vieux: Un pixel n'a pas un bit, mais plusieurs. On parle de profondeur de pixel (pixel depth).
Un pixel de 8 bits de profondeur peut avoir 256 nuances de gris par exemple. Mais actuellement ca tourne plutôt autour de 12 voire 16 bits.

Salut

merci Buck, je me doutais bien qu'il y avait une variation d'intensité, mais si j'ai bien compris un seul pixel peut donc émettre dans les 3 couleurs ?

Le nikon également code soit en 12 soit en 14.

Le Vieux

Salut
En fait le pixel voit des photons, et hormis le foveon , il se fout un peu de quelle couleur ils sont les photons. C'est le filtre qui est au dessus qui limite les photons a une couleur. Le capteur voit en noir et blanc, le traitement donne la couleur

Oui car il y a des filtres. Par contre on perd en intensité fatalement, vu qu'un partie des longueurs d'onde est absorbée.

Salut


Oui, lorsque je parlais qu'un seul pixel pouvait reprendre la couleur je parlais du cas du foveon (que je ne connaissais pas avant que tu en parles) . Après un coup d'oeil sur le net je vosi que Sigma l'utilise.

voir site: http://www.sigma-photo.fr/FAQ/support-et-t%C3%A9l%C3%A9chargement/A-propos-des-reflex-num%C3%A9riques-SD-ta11.aspx

Citation :

Le capteur d'image directe Foveon X3 des reflex numériques SIGMA enregistre, pour chaque pixel, les trois couleurs qui composent la lumière : le bleu, le vert et le rouge. Les autres capteurs utilisent un filtre qui ne permet à chaque pixel de ne voir qu'une seule couleur : soit bleu, soit vert, soit rouge. L'image capturée par les reflex SIGMA est donc une image vue intégralement en couleurs par le capteur, alors que les autres appareils photo numériques restituent une image calculée, reconstituée à partir d'informations partielles correspondant au tiers de l'information totale de l'image réelle. Il en résulte une qualité d'image inconnue jusqu'ici en photo numérique, et un rendu des détails plus riche qu celui d'un capteur conventionnel qui comporterait au moins le double de pixels "classiques" obtenus par interpolation. En effet, un capteur conventionnel de 10 millions de pixels n'enregistre que le tiers de l'image finale, avec 2,5 million d'informations en bleu, 5 millions en vert et 2,5 million en rouge et calcule donc les 2/3 de l'image qui lui manquent lors de la capture. L'image issue des reflex numériques SIGMA  est plus précise, avec en particulier plus de détails dans les couleurs, plus naturelle, et sans artefacts tels que le moirage.

Le Vieux qui insiste sur le fait qu'un seul bit peut coder un seul pixel mais dans la pratique cela ne se fait pas à cause de la demande de définition.

Le Vieux a écrit:

Salut

merci Buck, je me doutais bien qu'il y avait une variation d'intensité, mais si j'ai bien compris un seul pixel peut donc  émettre dans les 3 couleurs ?

Le nikon également code soit en 12 soit en 14.

Le Vieux  

Si j'ai bien compris, les capteurs d'apn se servent de groupes de pixels pour coder les diverses couleurs. Selon le capteur, il peut y avoir 3 ou 4 pixels par point. Quand il y en a 4, 3 prennent la couleur et le 4ème la luminosité. Avec 3, ce seraient la moyenne de la luminosité des 3 qui coderait la luminosité quand on estime nécessaire de l'avoir. En fait, il y a des différences entre apn d'entrée de gamme et apn très haut de gamme. Après, quand on lit les articles dans les médias spécialisés sur la photo, on voit qu'il y a parfois des mélanges qui sont faits entre pixels, pixels et pixels. En effet, selon le contexte, le pixel peut être le plus petit point de captage de l'image. Mais, il est aussi le plus petit point de couleur de l'image. Donc, 1 pixel de l'image, peut être constitué de plusieurs pixels du capteur. Mais, ce pixel, quand je veux le voir ou l'imprimer, je vais l'envoyer sur un écran ou une imprimante qui vont se servir des informations reçues pour éclairer 3 pixels de mon écran ou un ensemble de tâches de mon imprimante. En fait, les meilleures imprimantes photos actuelles utilisent des techniques en nuages de tâches. Il est difficile de savoir la résolution exacte, un pixel pouvant être représenté par un nombre variable de tâche.

Contrairement à ce qui était le cas il y a 20 ans, nous avons actuellement 3 modes d'utilisation des images. Elles peuvent être montrées sur des écrans (led, oled, plasma, ...), elles peuvent être projetées sur des écrans, mais c'est différent des diapositives, bien qu'il existe des projeteurs où l'image est formée sur un écran transparent et la lumière du projecteur passe à travers, et on peut les regarder imprimées sur des papiers divers et variés. De plus, la tendance est à imprimer sur des formats de plus en plus grands, mais de nombreuses photos ne seront vues que sur des écrans, dont souvent des écrans de smartphone. Plus l'écran est petit, plus l'image donnera l'impression d'être de bonne qualité avec un même nombre de pixels.

Edit : Effectivement, certains capteurs ont des pixels "unitaires". il me semble avoir lu un article théorique qui disait qu'il y avait 2 possibilités pour obtenir cela. Soit un capteur qui est un empilement de capteurs. Il me semble que c'est 3. Un qui prend la luminosité générale, puis un filtre qui élimine l'une des couleurs, un capteur qui prend la lumière complémentaire, un autre filtre et le dernier capteur qui code pour une seconde couleur. La 3ème couleur étant déterminée par la soustraction des 2 couleurs de la valeur du premier capteur. Mais, il me semble qu'il y avait aussi la possibilité de sortir seulement 2 informations : l'intensité lumineuse et la longueur d'onde captée par le capteur. Le logiciel transformant cette information en un signal RVB.