Baie Georgienne – Paysage d'été
Modification de la façon dont les photographies sont prises
Ces dernières années, un certain nombre de fabricants ont produit des caméras capables de produire des images à 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 de l'image corporelle (IBIS). Les concepteurs d'appareils photo ont utilisé l'IBIS pour obtenir des augmentations incroyables de la résolution de l'image ou pour améliorer les informations de couleur pour les 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 pixels/décalage de capteur, mais au final, les concepts derrière cette technologie sont tous le même. Plusieurs images de la même vue sont prises de manière à ce que les images soient 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 réaliser vous-même de meilleures images si vous disposez d'un appareil photo capable de le faire.
REMARQUE : Parce 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.
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 décalage de capteur
La capture d'image par décalage de capteur a été transformée à partir de 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 d'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 décalage de capteur reste la même. Prenez plusieurs images, mais déplacez légèrement le capteur de l'appareil photo pour chaque image afin de capturer plus 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 à la couleur. Ignorant le 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, le Sony a7R III et le Panasonic Lumix DC-G9 (Micro Four Thirds) bien qu'il y en ait d'autres des mêmes fabricants.
Trois de ces gammes sont des appareils photo sans miroir, le Pentax étant un reflex numérique à capteur de recadrage. Il est intéressant de noter que les appareils photo Panasonic/Olympus adoptent une approche et que Pentax/Sony adoptent une approche différente pour les mêmes concepts.
Les systèmes Olympus/Panasonic utilisent une approche qui crée 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 de séparer les images individuelles décalées par capteur, tandis que Olympus et Panasonic mélangent les images empilées en une seule photo.
Olympus OMD EM5 Mark II dispose de la technologie de décalage 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 sensibles à la lumière pour enregistrer des 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 possède 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 arriver sur le capteur.
Les photosites rouges, verts et bleus d'un capteur sont généralement disposés selon un motif spécifique connu sous le nom de matrice Bayer (alias matrice Bayer, filtre). Il existe également d'autres configurations telles que 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 verts que de rouges ou de bleus car la vision humaine est plus adaptée à la résolution des détails en vert. Cet arrangement fonctionne généralement bien mais si vous y réfléchissez bien, 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 sur 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 tend à signifier que les images RAW ont une mise au point très légèrement floue. Toutes les images RAW ont besoin d'être accentuées lors du post-traitement (le vert, le rouge et le bleu d'un pixel sont mélangés).
Modèle Bayer des 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 que la lumière d'une couleur particulière. Un groupe de seaux de lumière dans le motif 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 dématriçage soit dans l'appareil photo (jpeg) soit sur un ordinateur (à partir d'une image RAW), un processus qui attribue des valeurs aux trois couleurs pour chaque photosite en fonction des valeurs collectives enregistrées par les photosites voisins .
Les couleurs résultantes sont ensuite sorties sous la forme d'une grille de pixels et une photographie numérique est créée. C'est en partie pourquoi les images RAW ont une mise au point légèrement plus douce et doivent être accentuées dans le flux de travail de post-production.
Capteurs mobiles
IBIS signifie que les capteurs se déplacent désormais très légèrement pour s'adapter aux mouvements subtils d'une caméra afin de maintenir la stabilité de l'image. 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 décalage de capteur, ces mêmes micro-ajustements sont utilisés pour exposer chaque photosite à la lumière de l'enregistrement d'une seule image. Essentiellement, le capteur est déplacé non pas pour s'ajuster aux perturbations externes, mais pour que chaque partie d'une image contienne des informations en couleur.
Photosites plutôt que pixels
Vous avez peut-être remarqué le terme photosites au lieu de pixels. Les caméras sont souvent évaluées en fonction de leurs mégapixels comme mesure de leur pouvoir de résolution, mais cela prête à confusion car les caméras n'ont pas de photosites en pixels uniquement.
Les pixels sont dans l'image produite lorsque les données du capteur sont traitées. Même le terme "pixel-shift" qui est parfois utilisé, est trompeur. Les pixels ne bougent pas, ce sont les capteurs qui ont des photosites dessus qui bougent.
Dans la capture d'une seule image, chaque photosite enregistre des données pour la lumière rouge, verte ou bleue. Ces données sont interpolées par un ordinateur afin que chaque pixel de la photographie numérique résultante ait une valeur pour les trois couleurs.
Capteurs de changement de vitesse
Les caméras à décalage de capteur tentent de réduire la dépendance à l'interpolation en capturant les données de couleur pour le rouge, le vert et le bleu pour chaque pixel résultant en déplaçant physiquement le capteur de la caméra. Considérez un carré de 2 × 2 pixels tiré d'une photographie numérique.
La capture numérique conventionnelle à l'aide d'un réseau 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, les données vertes et rouges sur les photosites bleus et le bleu et le vert sur les photosites rouges. Pour résoudre ce problème, les valeurs de couleur manquantes pour chaque site seront déterminées lors du processus d'interpolation.
Et 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 derrière la technologie de décalage de capteur.
Une image de résolution normale.
Plonger plus profondément
Considérez 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 reprend la même photo mais avec un photosite différent.
Répétez ce processus afin que tous les photosites aient toute la lumière pour chaque point exact du capteur. Au cours de ce processus, les données lumineuses 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 de 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 Pixel Shifting 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 dans votre image finale. Les dimensions de vos fichiers résultants restent les mêmes, mais la précision et les détails des couleurs 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 déplacement 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, mais les informations de couleur dans les images augmentent également. Cela permet d'obtenir des images similaires pour permettre un plus grand approfondissement de l'image avec des couleurs plus douces, moins de bruit et de meilleurs détails.
Une image de résolution normale.
Une image haute résolution.
Recadré étroitement à l'image de résolution normale, vous commencez à voir du bruit apparaître comme des variations de grain et 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 les images avec des motifs réguliers serrés. Les nouveaux capteurs ont tendance à avoir moins de problèmes de moiré que par le passé, mais il apparaîtra toujours sur certaines images.
La cause du moiré a tendance à être liée aux motifs serrés enregistrés et à l'appareil photo ayant 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 dans ces motifs serrés car toutes les couleurs d'un seul emplacement ne sont pas enregistrées.
Avec le capteur-décalage, toute la couleur de chaque emplacement est là, donc le moiré a 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 - du bruit commence à apparaître (les rayures sur le papier étaient là avant).
L'image à plus 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 opportunités pour une partie de votre composition et/ou votre appareil photo de bouger pendant la capture d'image, dégradant la qualité de l'image.
De telles 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 des plantes ou des nuages ainsi que des zones où l'eau courante est présente.
Cela signifie également que vous devez généralement être très stable et utiliser un trépied, bien que les fabricants aient clairement l'intention de proposer des versions permettant la prise de vue à main levée de l'appareil photo (Pentax a cette fonctionnalité).
Image haute résolution prise sur un trépied.
Les artefacts de mouvement sont visibles lorsqu'ils sont regardés de plus près.
Bizarres de certains systèmes
Comme la technologie de déplacement de capteur a été mise en œuvre de différentes manières et selon le système utilisé, les problèmes sont un peu différents. La principale bizarrerie est que vous avez généralement besoin d'un trépied, donc pas de course et d'arme.
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 distinctes ensemble. Cela signifie que vous ne pouvez pas revoir votre image résolue sur l'appareil photo. De plus, en raison du nombre élevé de pixels sur l'A7R mark III, tout mouvement subtil du trépied est particulièrement visible sur l'image résultante. Pour éditer les images, vous devez également utiliser un logiciel propriétaire Sony pour fusionner les images ensemble.
Pentax a quelques fonctionnalités intéressantes. L'utilisation de l'application logicielle fournie avec la caméra permet d'aborder 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 l'itération la plus récente sur l'Olympus OMD EM1 Mark II, tout mouvement détecté verra les pixels affectés remplacés par des parties de l'une des images uniques à résolution régulière dans les zones de mouvement. Cela crée une résolution inégale mais rend l'image plus belle 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 indiquée dans la case jaune.
Zone recadrée agrandie :le mouvement du vent a généré des artefacts sur l'image.
Limites
Le plus grand défi auquel est confrontée la capture d'image par décalage de capteur est le déplacement des sujets. De plus, essayer de coupler un stroboscope avec un appareil photo en utilisant 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 généraux de compatibilité. 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 gérer les mouvements et les conditions de l'ordinateur de poche.
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 recherche de cette image haute résolution parfaite !