Plus les pixels sont gros mieux c'est...

[pscl57]

a technologie égale, un gros photosite à plus de dynamique et un meilleur rapport signal/bruit (encore qu'il y a plusieurs types de bruit, et que donc les choses ne sont pas si simples) qu'un capteur à petit photosite. C'est un fait.
Par contre plus de pixels, n'est pas seulement bénéfique à la définition mais également a la finesse de la granulation. Ainsi, un capteur avec de très nombreux pixels, supportera beaucoup mieux un lissage, qu'un avec peu de photosites, et de surcroit sa granulation sera plus fine.
En fonction de la technologie disponible, et du compromis désiré par le constructeur, les capteurs intégrent plus ou moins de photosites.
L'erreur serait de croire que les 3 millions de photosites d'un canon D30 donne un meilleur résultat qu'un 60D.

Je sais que le ratio s/n est meilleur au plus on accroît la surface du photopile. Cependant je me dis aussi qu'il s'agit ici d'une application numérique au final. Or en principe on a toujours intérêt à augmenter l'échantillonnage. Si je prends un gros photosite et que je le compare à quatre plus petits photosites occupant la même surface totale je vais capter au global le même nombre de photons, mais dans le 2ème cas je pourrai bénéficier d'une extrapolation des mesures sur 4 fois plus de micro-capteurs. Ce qui en principe devrait donner une mesure globale plus précise notamment pour un traitement numérique.

[GBo]

Le rapport Signal/Bruit d'un gros photosite est meilleur que celui d'un petit photosite, principalement car il reçoit plus de signal (i.e. davantage de photons).
Certes, mais dire cela sans aller plus loin revient à raisonner sur le S/N d'une image vue à 100%, pas à taille constante de tirage.
En effet :
Supposons un capteur A de n photosites, et un capteur B de même surface que le capteur A mais beaucoup plus pixelisé : 4*n photosites.
Pour le dessin suivant on va supposer des capteurs N&B  (sans matrice de Bayer), histoire de simplifier, ainsi qu'un fill factor et une efficacité quantique équivalente pour A et B.

A gauche un photosite de capteur A. Dans la même surface, on peut inscrire 4 photosites du capteur B (à droite), les photons sont représentés par les points rouges :

Disons maintenant que je compare :
- Un tirage A3 d'une photo issue du capteur A, pour lequel chaque point représente le niveau de gris du pixel du capteur
- Un tirage A3 d'une photo de la même scène issue du capteur B : dans ce cas 4 pixels seront utilisés pour établir le niveau de gros d'un point de la photo.
=> dans les deux cas, au même endroit a été reçu et utilisé le même nombre de photons, donc le même signal !

cdlt,
GBo

[GBo]

... le niveau de gros...

Oops, lire : "le niveau de gris" 

[Gér@rd]

Oui, le nb de photons capturé est le même et le signal résultant sera sans très voisin,mais, la qualité du
résultat va dépendre du rapport S/B (et pas du seul signal) je suppose ? Est-ce que le bruit additioné de quatre petits signaux sera plus grand, plus petit ou égal à celui d'un seul gros ? Perso je pense intuitivement que le bruit d'un seul gros sera plus faible (mais je suis pas spécialiste...).

Mais bref de toute façon, pour moi c'est peanuts sur le résultat final... Ce que je prendrais d'abord en considération (pour un FF versus un APS-C) c'est l'intérêt d'un grand viseur lumineux et d'une gestion différente de la pdf des optique (je dis différente, pas "meilleure") comparé à l'inconvénient d'un encombrement et d'un poids nettement plus conséquent...

[GBo]

Oui, le nb de photons capturé est le même et le signal résultant sera sans très voisin,mais, la qualité du résultat va dépendre du rapport S/B (et pas du seul signal) je suppose ? Est-ce que le bruit additioné de quatre petits signaux sera plus grand, plus petit ou égal à celui d'un seul gros ? Perso je pense intuitivement que le bruit d'un seul gros sera plus faible (mais je suis pas spécialiste...).
[...]

Je ne parlais que du signal dans mon post en effet (si tout le monde voit bien le truc c'est déjà ça de pris), mais pour le bruit c'est le même principe : en mettant à contribution 4 petits pixels pour constituer le niveau de gris d'un point de la photo finale, le bruit photonique ne s'additionne pas en valeur absolue : au contraire, celui des uns a tendance à compenser celui des autres (car ça suit une loi de Poisson*: j'ai dessiné d'ailleurs volontairement une moyenne de 5 pixels dans les petits carrés du capteur "B" en supposant une lumière constante: parfois c'est 4 photons, parfois 6, etc... - ce bruit se traduit par un petit excès ou un petit manque de photon avec un écart type qui est la racine carré de 5).
Au final, il n'y a pas d'inconvénient théorique à multiplier les pixels à taille de tirage photo constante, ensuite il faut voir au niveau des autres types de bruits, de l'efficacité de la conversion photon -> électron, du fill factor etc..., ce sont des difficultés surmontables (jusqu'à une certaine limite sans cesse reculée).
Et l'avantage du cas B est démontré, gain de résolution à tirage de taille supérieure (pour les bonnes optiques).

(*) cf l'article "shot noise" sur Wikipedia en anglais :
http://en.wikipedia.org/wiki/Shot_noise

[GBo]

PS : j'ai retrouvé mon lien vers un article académique qui confirme par le calcul que le cas A et B ont le même SNR (moyennant les hypothèses déjà énoncées plus haut) :
http://theory.uchicago.edu/~ejm/pix/20d/tests/noise/noise-p3.html#pixelsize

Le signal de la recombinaison (binning) des 4 petits pixels de B :
S = S1 + S2 + S3 + S4
Dans notre cas : 5+6+4+5 = 20, donc le même nombre de photons que le super pixel de A, c'est trivial.

Plus sioux, ce type de bruit se combine de façon quadratique :
N = sqrt[(N1)²+(N2)² +(N3)²+(N4)²]
(sqrt signifie racine carrée)

Dans notre cas où on a réduit le sujet du bruit au bruit photonique* (loi de Poisson) on a :
N= sqrt[(sqrt(5))²+(sqrt(5))² +(sqrt(5))²+(sqrt(5))²] = sqrt(5 + 5 + 5 + 5) = sqrt(20).
Or le bruit photon du super pixel de A est aussi sqrt(20) puisque son signal est de 20 photons !

=> les S/N de A et de B sont identiques (= 20/sqrt(20)) quand on ramène le tirage de B (en le downsamplant correctement) à la taille de réference du tirage de A.
Comme le dit l'université de Chicago:
"Thus photon noise at fixed spatial scale is independent of pixel size for a given per area collection efficiency"

cdlt,
GBo

(*) voir aussi : http://theory.uchicago.edu/~ejm/pix/20d/tests/noise/noise-p2.html