Résultats expérimentaux
Introduction
Après avoir parcouru la théorie, il n'est pas inintéressant de faire un peu de pratique. Dans ce chapitre, nous allons nous intéresser à trois appareils différents, le Canon 1DsMarkII, le Nikon Coolpix8400, et l'Epson Rangefinder. Les tests réalisés sur l'Epson sont moins nombreux car l'appareil m'a été prété, alors que les deux autres m'appartiennent.
Dispositif expérimental
On peut voir sur la photo ci-dessous le dispositif expérimental employé.
L'appareil est fixé sur un pied Gitzo par le support du flash (un vieux Metz 45 CT-4 qui dispose encore d'une belle puissance de frappe). Il est également couplé à un second flash, un Metz 54 MZ-3. Les deux flashs sont dirigés vers le haut dans une pièce disposant d'un plafond blanc brillant afin d'obtenir une illumination uniforme de la mire. Les flashs sont utilisés en mode "Auto" et non en mode TTL, afin d'uniformiser l'éclairage entre les différents appareils.
La mire employée est celle que l'on trouve sur le site de Norman Koren. On voit ci-dessous la mire fixée sur un support blanc cassé.
L'appareil est positionné afin que la mire occupe exactement la moitié du capteur, avec la partie la plus dense au centre, et ce quel que soit l'appareil utilisé. Cela permet de faire des comparaisons particulièrement utiles en ce qui concerne la quantité maximale de détail qu'il est possible de capturer pour une même photo suivant l'appareil.
Lorsque la mire Koren est capturée sur une surface de capteur de 5mm, sa densité varie de 2 à 200 paires de ligne par mm (on parle de paires de ligne, puisqu'il s'agit d'une alternance de lignes noires et blanches, et que la fréquence se calcule suivant la période, qui correspond au retour de la ligne blanche). Lorsqu'elle est capturée sur une surface plus grande, la densité varie en fonction.
L'image est systématiquement capturée en mode RAW et convertie en employant Pixmantec RawShooter essentials, avec l'option "No sharpening". L'image n'est absolument pas retouchée afin de minimiser les disparités liées au post-traitement.
Une fois capturée, on isole la partie centrale de la mire et on la transforme en une succession de valeurs correspondant aux intensités des différents pixels sur une même ligne. Puis ces valeurs sont traités par un programme spécifiques, qui va calculer les variations de luminosité et les transformer en MTF.
Canon 1Ds MarkII
Le premier appareil testé est un Canon 1Ds MarkII. Il s'agit d'un appareil numérique pro, avec un capteur CMOS "full frame" 36x24, et 16 millions de pixels suivant un format 3/2 (5000x3200). La sensibilité native du capteur est de 100 ISO, et c'est à cette sensibilité là que nous l'avons testé.
Sur le 1DsMarkII, la mire est capturée sur une surface égale à 36/2=18mm, soit un rapport de 18/5=3.6, et donc une densité maximale de 200/3.6=55 paires de ligne par mm. On voit sur l'image suivante la capture d'une fraction de la ligne centrale de la mire.
On peut à cette occasion apprécier la qualité de l'image du 1DsMarkII, et la finesse de détail obtenue même à 55 lp/mm.
Les tests ont été effectués avec un objectif Canon 24-70 F2.8L, qui est un des meilleurs objectifs (zoom) fabriqués par Canon. Les captures ont été faites pour 4 ouvertures différents f/2.8, f/4.0, f/8.0 et f/16.0 à la distance focale de 70mm. Le graphique suivant présente les résultats.
En abscisse, on trouve en pourcentage la distance de la gauche à la droite de la mire capturée. En ordonnée, on trouve le contraste existant à cette distance.
On est heureux de constater que les résultats sont en accord avec la théorie; à f2.8, l'objectif présente une certaine faiblesse. Dès f4, il devient bon, et il est excellent à f8. A f16, la diffraction prend le dessus et le ramène au niveau de f4.
Il ne faut pas trop s'attarder sur les petits écarts observés entre les courbes; la procédure expérimentale n'est pas parfaite, et il est normal de constater des différences minimes. C'est la forme générale des courbes qui est significative.
Il faut également noter que le 1Ds MarkII a une densité de pixels de 5000/36=138 pixels/mm, soit une fréquence maximale de capture (en oubliant la mosaique Bayer) de 138/2=69 paires de lignes/mm (théorème de Nyquist, voir ce chapitre). Notons enfin que, en considérant le sous-échantillonnage du à la mosaique Bayer, la fréquence d'extinction devrait plutôt se situer entre la moitié et le tiers de ce chiffre. On voit sur ce graphique que le MTF reste excellent jusqu'à 80% de la distance max, qui correspond à 22 lp/mm (la mire Koren n'est pas linéaire mais logarithmique), soit à peu près exactement le tiers de 69, et qu'elle décroit ensuite rapidement, même si le MTF est encore de 80% aux alentours de 35 lp/mm à f/8.0. Les algorithmes de dématriçage et le calcul du filtre passe-bas sont visiblement excellents...
Nikon Coolpix 8400
Le second appareil testé est un Nikon Coolpix 8400. Le 8400 est un
appareil compact qui date déjà de 2004. Il est équipé d'un capteur dit
2/3 de pouce, soit 8.8x6.6 mm, de 8 millions de pixels, suivant un
format 4/3 (3276x2450). La sensibilité native du capteur est de 50
ISO, en accord avec la théorie sur les petits capteurs...
Le Coolpix 8400 est
équipé d'un zoom équivalent 24-85mm (un
6-21mm en fait).
Sur le 8400, la mire est capturée sur une surface de 4.4mm, soit un rapport de 4.4/5=0.88, et une densité maximale de 200/0.88=227 paires de ligne par mm. On peut voir sur la photo suivante la partie centrale de la mire.
Les tests ont été faits pour des ouvertures de f/4.9 à f/7.9 pour une distance focale de 70mm (réel 17mm) (l'objectif ouvre à f/2.6 à 24mm, mais seulement f/4.9 à 70mm).
On observe peu de différences d'une ouverture à l'autre. La diffraction est de toutes façons déjà importante à f/4.9, et le rapport des ouvertures n'est même pas de 2.
On observe une décroissance relativement rapide à partir de 70% de la mire, soit environ 55 lp/mm. La densité sur le Coolpix 8400 est de 3200/8.8 soit 363 pixels/mm, pour une fréquence maximale de capture de 180 lp/mm (hors problème lié à la mosaique Bayer), soit une fréquence maximale si on considère le sous-echantillonnage, de l'ordre de 60 lp/mm, en accord avec le résultat trouvé. Les résultats sont cependant très inférieurs à ceux du 1DsMarkII, probablement essentiellement pour des raisons liées à la diffraction (et peut-être au bruit et à la qualité de l'optique?). Cela ne fait que confirmer mes forts soupçons concernant la capacité des appareils à petit capteur à profiter d'une haute résolution spatiale...
Comparaison 1DsMII/Coolpix 8400/Epson rangefinder
J'ai eu l'occasion de disposer pendant une courte période d'un Epson Rangefinder. Il s'agit d'un appareil utilisant des optiques Leica et Voigtlander, basé sur un capteur Nikon de D70. Le capteur est au format APS-C 23.7x15.6mm de 6 millons de pixels au format 3/2 (3008x2000). Sa sensibilité native est de 200 ISO.
Je n'ai pas eu le temps d'effectuer tous les tests souhaités, je me suis donc contenté de le tester avec une optique Voigtlander Nokton de 50mm (qui correspond à 75 mm sur l'Epson). La mesure a été faite à f/8.0.
La mire Koren a pour cet appareil une densite maximale de 200/(23.7/2/5)=84 lp/mm.
La densité de pixels est de 3000/23.7=126 lp/mm, soit une fréquence maximale de 63 lp/mm, et, en tenant compte de la mosaique Bayer, autour de 20-30 lp/mm. On constate pour l'Epson une forte baisse du contraste à partir de 70%, soit 21 lp/mm, en accord avec la théorie. On remarque cependant que l'Epson réagit nettement mieux que le Coolpix 8400 (et moins bien que le Canon...) dans la mesure où il n'est pas touché par les problèmes de diffraction.
Comparaison rapide avec le Panasonic LX-2
On m'a récemment prété cet appareil, et j'ai fait quelques tests rapides. On verra ci-dessous le même sujet photographié par les quatre appareils. Il s'agit bien entendu d'un détail d'une photo beaucoup plus grande (l'éclairage n'est pas exactement le même, car la photo avait été prise avec l'Epson a une date antérieure, et je n'en disposais plus quand j'ai disposé du Panasonic).
On constate que, malgré ses 10Mpix, le LX2 délivre une image qui est à
des miles de celle obtenu par le 1Ds. Comparé à l'Epson et à son
capteur de 6Mpix, l'image ne semble pas présenter un "piqué" tellement
supérieur, et certains artefacts apparaissent même, comme les petits
"carrés" que l'on voit au milieu de l'image. Les 10Mpix du LX2
atteignent clairement la limite du raisonnable pour un capteur aussi
petit, à la fois à cause de la diffraction, mais aussi à cause du
bruit de lecture et du bruit thermique, qui restent significatifs en
raison de la petite taille des photodiodes (voir le chapitre sur les
capteurs).
Cela confirme une fois de plus mon idée que la course aux
pixels sur les petits capteurs n'est qu'un argument marketing sans
intérêt véritable. L'image du Coolpix 8400, appareil qui est pourtant d'une
génération antérieure, est plus "douce" à mes yeux, même si elle est
peut-être légèrement moins piquée.
J'ai tenté de soumettre le lx2 au même test sur la mire Koren que ces autres concurrents. Je n'ai pas eu nécessairement de résultats comparables, car je n'ai pas réussi à commander correctement des flashes externes. Je donne la courbe pour ce qu'elle vaut...
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Dernière modification: 09:17, 21/03/2024