Apports et inconvénient de méga pixels

[Nikojorj]

Pour la diffraction un simple rappel :
pour l'ouverture de 2,8 ( désolé je n'ai pas 2,4 ) le diamètre de la tache d'Airy est d'environ 4 microns.
Et vous me dites que les photosites font 1,4 microns.

Alors ?

Rien qui ne contredit quoi que ce soit de la théorie physique de la lumière!
Juste qu'il faut l'interpréter de façon réaliste.

La réponse tient dans un simple schéma (clic pour la source) : le disque d'Airy n'est pas uniforme, il est très pointu au contraire.

Le diamètre du disque d'Airy est classiquement donné au premier minimum, c'est à die là où il n'y a plus du tout de lumière, donc là où il n'a plus d'influence. La plupart des photons arrivent quand même très près du pic, et seuls très peu d'entre eux arrivent vers le diamètre.
A la moitié de son rayon, on a environ la moitié de la valeur du pic : on peut grossièrement approximer que le contraste est réduit environ de moitié, et à MTF50 l'oeil arrive encore à lire plein d'information. Il faut descendre en-dessous de MTF20 (ie 20% de contraste, l'intensité initiale divisée par 5) pour ne vraiment plus y voir grand-chose, et là on est à qq chose comme le tiers ou le quart du rayon du disque.

C'est ce qui explique que, pour les deux images qui suivent, avec un disque d'Airy (diffraction) au milieu et un cercle de confusion (mise au point) à droite qui ont le même diamètre (17µm soit #4 pixels en l'occurence), on ait beaucoup plus de flou d'un côté que de l'autre. L'image nette de référence est présentée à gauche.

      
Merci à Erik Kaffehr pour la source, accessible en cliquant les images.

Le flou de mise au point est bien plus un étalement constant de lumière, cf la forme du bokeh avec une lumière ponctuelle où on a parfois plus de lumière sur les bords de la tache floue qu'au centre.

Du coup, avec un disque d'Airy de 4µm, on a encore pas mal d'info un peu en dessous de 50% de contraste sur des photosites d'1.4µm, on a juste un filtre AA gratosse (peut-être même pas assez fort, tout seul).

[jipT]

- 24x36 : résolution utile 100 cy/mm ---> environ 34 MPix (photosite de environ 5 micron).  Au-delà, pas d'intérêt photographique.

Il semblerait que tu oubli un peu nyquist qui dit (en gros) que pour capturer sans artefac un signal de fréquence N, il faut une fréquence d'échantillonage du double de N donc pour une résolution "utile" de 34mpix, il faudrait un capteur avec un filtre AA à 50cy/mm soit (24*50*2)*(35*50*2) = 8,6Mpix utiles ou alors il faudrait un capteur resolvant 200cy/mm soit 138mpix (34*4) sans filtre AA....

on a encore de la marge (en acceptant le 100cy/mm)

jip

[dioptre]

Juste qu'il faut l'interpréter de façon réaliste.

Dire qu'il a fallu attendre 2013 pour ça !!

[Nikojorj]

C'est quelque chose qui était très bien connu des praticiens (sténopé entre autres) depuis très longtemps : quoi qu'en disent quelques théories mal assimilées, on peut fermer très fort et rester décemment net, même en petit format.

[dioptre]

C'est quelque chose qui était très bien connu des praticiens (sténopé entre autres) depuis très longtemps : quoi qu'en disent quelques théories mal assimilées, on peut fermer très fort et rester décemment net, même en petit format.

Ma réflexion était de l'humour !
Mais " l'interprétation réaliste " me rend très dubitatif et le " décemment net " et le " fermer très fort " me font sourire.

Comme si tout cela n'était pas connu depuis longtemps et que les théories n'étaient pas bien assimilées depuis longtemps.
Mais il y aura toujours des gens qui veulent mettre en avant leur théorie à eux. Cela leur permet de devenir des " spécialistes " auto proclamés et de se faire applaudir par quelques badauds  émerveillés.

[Nikojorj]

Mon intervention était en réponse à celle de canardphot qui parlait d'une limite de diffraction :

il doit bien y avoir un juge de paix qui impose sa loi = la lumière sous sa forme corpusculaire d'une part (sans photons, pas d'image), sous sa forme ondulatoire d'autre part ---> limite de la diffraction.

ce qu'on entend encore assez souvent malgré son peu de réalité.

Non, je n'ai rien inventé, et d'ailleurs j'ai même repris la démonstration de quelqu'un d'autre (Erik Kaffehr)! Merci à lui.

[FredEspagne]

La physique clasique étant déjà assez compliquée, par pitié, n'abordons pas la physique quantique parce que là, on décroche complètement avec le photon qui passe par 2 trous en même temps, j'en passe et des meilleures.
Le fameux ouvrage de Stephen Hawking "Une brève histoire du temps" est écrit dans un vocabulaire très simple mais les trois derniers chapitres qui concernent la physique quantique ont beaucoup de mal à entrer dans nos petites cervelles car ils sont à contre-courant de l'observation courante et défient notre logique.

[canardphot]

Bonsoir.
D'abord, le canard (canardphot) demande à ceux qui ont lu ses élucubrations de lui pardonner, car il s'est effectivement bien emmêlé les palmes 
Alors, tentons de reprendre pour vérifier si, cette fois-ci, nous pouvons trouver un terrain d'accord sur des bases théoriques simples et saines ; ce qui est nécessaire si l'on veut que nos fils soient enrichissants pour nous-tous, dans une ambiance sympa 
1 - Soit un objectif capable de résoudre R(obj) lignes/mm (cy/mm).
2 - Pour tirer tout le potentiel de cet objectif, il faut que le système de lecture (capteur) ait une résolution R(cap) en lignes/mm au moins égale au double (≥) de R(obj). Cela en vertu du principe d'échantillonnage de Shannon/Nyquist.
3 - Le paramètre basique du capteur est la taille de ses photosites : p (micron) et sa résolution est R(cap) = 500/p. Le tout étant une vision sans doute simplifiée des choses, et en ignorant l'éventuel filtre passe-bas... mais voila une base de travail reconnue, n'est-ce pas vrai ?
4 - On en tire la règle suivante : pour que le capteur exploite au mieux le potentiel de l'objectif R(obj), il faut que ses photosites aient une taille (en micron) inférieure ou égale à 500/2R(obj) = 250/R(obj). 250 et pas 500 because Shannon-Nyquist. Ouf 
5 - Cas d'école : un 24x36, objectif donnant R(obj)=100 cy/mm exploitables : p ≤ 250/100 = 2,5 micron. En gros, cela voudrait dire que, sur un capteur 24x36, la course aux MPix va continuer jusqu'à une taille de pixels de l'ordre de 2 à 2,5 micron, donc... 60 à 80 MPix. Allez, 100 MPix et on n'en parle plus 
Merci pour ceux qui auront le courage de lire jusqu'au bout et, s'ils pensent que j'ai encore une fois "tout faux", de m'apporter les éléments plus "corrects" qu'ils maîtrisent.

[Nikojorj]

100MPix en 24x36, ça me parait assez plausible à moi aussi. Ca ne fait jamais que deux fois plus de résolution (en linéaire) que dans une image 24MP!
Je ne mettrai même pas ma main à couper qu'on ne fasse pas mieux, mais y'a quand même peu de besoins qui dépendraient de ça.

Va surtout falloir que les écrans et les imprimantes fassent de bons progrès en finesse pour visualiser tout ça! Pour l'instant, si on veut se contenter d'un tirage de taille raisonnable, c'est la sortie qui limite.
Avec en référence un tirage contact de chambre 20x25cm , on aurait besoin de 1000dpi environ pour faire aussi fin... et on retombe sur les 100MP (en 20x30).

[Verso92]

Bonsoir.
D'abord, le canard (canardphot) demande à ceux qui ont lu ses élucubrations de lui pardonner, car il s'est effectivement bien emmêlé les palmes 
Alors, tentons de reprendre pour vérifier si, cette fois-ci, nous pouvons trouver un terrain d'accord sur des bases théoriques simples et saines ; ce qui est nécessaire si l'on veut que nos fils soient enrichissants pour nous-tous, dans une ambiance sympa 
1 - Soit un objectif capable de résoudre R(obj) lignes/mm (cy/mm).
2 - Pour tirer tout le potentiel de cet objectif, il faut que le système de lecture (capteur) ait une résolution R(cap) en lignes/mm au moins égale au double (≥) de R(obj). Cela en vertu du principe d'échantillonnage de Shannon/Nyquist.
3 - Le paramètre basique du capteur est la taille de ses photosites : p (micron) et sa résolution est R(cap) = 500/p. Le tout étant une vision sans doute simplifiée des choses, et en ignorant l'éventuel filtre passe-bas... mais voila une base de travail reconnue, n'est-ce pas vrai ?
4 - On en tire la règle suivante : pour que le capteur exploite au mieux le potentiel de l'objectif R(obj), il faut que ses photosites aient une taille (en micron) inférieure ou égale à 500/2R(obj) = 250/R(obj). 250 et pas 500 because Shannon-Nyquist. Ouf 
5 - Cas d'école : un 24x36, objectif donnant R(obj)=100 cy/mm exploitables : p ≤ 250/100 = 2,5 micron. En gros, cela voudrait dire que, sur un capteur 24x36, la course aux MPix va continuer jusqu'à une taille de pixels de l'ordre de 2 à 2,5 micron, donc... 60 à 80 MPix. Allez, 100 MPix et on n'en parle plus 
Merci pour ceux qui auront le courage de lire jusqu'au bout et, s'ils pensent que j'ai encore une fois "tout faux", de m'apporter les éléments plus "corrects" qu'ils maîtrisent.

On va dire que, sauf progrès étonnant des objectifs, 50 MPixels constitue aujourd'hui une chiffre qui me semble raisonnable en 24x36 (enfin débarrassés du filtre AA !). Aller au delà ne devrait plus apporter grand chose, AMHA...

[canardphot]

Merci pour vos derniers commentaires.
Mon exercice avait, comme vous l'avez compris, comme but de re-poser les principes, bases théoriques.
Mais, comme vous le faites remarquer, les valeurs en MPix auxquelles on arrive n'ont que peu d'intérêt dans la "vraie vie" de la photo, car il y a bien d'autres facteurs qui participent au résultat du process complet et qui limitent les performances "en bout de chaîne".

[jipT]

5 - Cas d'école : un 24x36, objectif donnant R(obj)=100 cy/mm exploitables : p ≤ 250/100 = 2,5 micron. En gros, cela voudrait dire que, sur un capteur 24x36, la course aux MPix va continuer jusqu'à une taille de pixels de l'ordre de 2 à 2,5 micron, donc... 60 à 80 MPix. Allez, 100 MPix et on n'en parle plus 

un pixel de 2.5 microns (jointif ) ça fait 138mpix après est ce qu'on a besoin d'aller jusque là !!!

[canardphot]

un pixel de 2.5 microns (jointif ) ça fait 138mpix après est ce qu'on a besoin d'aller jusque là !!!

Merci à jipT d'avoir rectifié. Décidément, j'ai les palmes très peu académiques ! Cette fois-ci, nous sommes tous bien d'accord sur les données "de base".
Reste effectivement la "bonne" question = quel est le BESOIN, les conditions dans la vraie vie photographique, même pour la recherche du "meilleur possible" ?
Dans tous les cas de figures ce sont des compromis qui sont à trouver par chacun selon ses moyens, ses objectifs (dans tous les sens du terme  ), ses capacités, et son degré de PASSION (j'écris BESOIN et PASSION en majuscule, ce n'est pas une faute de frappe !).
Pour ce QUI concerne un amateur palmé de mon espèce ("celui qui aime"), pour mon couple Besoin/Passion, les actuels choix technologiques de boîtiers 24x36 dans la zone 16/24 MPix me conviennent fort bien. Avec ça, c'est "le Pérou" en basse lumière (6400 iso voire plus, ça donne le vertige aux "anciens" de l'argentique), en vitesse d'exécution, en capacité d'agrandissement, en qualité de "rendu" (terme que je ne sais pas bien expliquer)... Quand j'aurai tiré "le meilleur" de ce niveau de matériel, je me destinerai peut-être à la peinture  (non, ça c'est le domaine de mon épouse.... et la reproduction de ses œuvres est sans doute pour moi le domaine le plus délicat, le plus exigeant de la photographie !).

[remico]

Rien qui ne contredit quoi que ce soit de la théorie physique de la lumière!
Juste qu'il faut l'interpréter de façon réaliste.

La réponse tient dans un simple schéma (clic pour la source) : le disque d'Airy n'est pas uniforme, il est très pointu au contraire.

Le diamètre du disque d'Airy est classiquement donné au premier minimum, c'est à die là où il n'y a plus du tout de lumière, donc là où il n'a plus d'influence. La plupart des photons arrivent quand même très près du pic, et seuls très peu d'entre eux arrivent vers le diamètre.
A la moitié de son rayon, on a environ la moitié de la valeur du pic : on peut grossièrement approximer que le contraste est réduit environ de moitié, et à MTF50 l'oeil arrive encore à lire plein d'information. Il faut descendre en-dessous de MTF20 (ie 20% de contraste, l'intensité initiale divisée par 5) pour ne vraiment plus y voir grand-chose, et là on est à qq chose comme le tiers ou le quart du rayon du disque.

On nous présente ce disque d'airy et ses valeurs suivant le diaph. Mais sa formule de calcul utilise aussi la longueur d'onde, autrement dit le disque d'airy est deux fois plus grand avec les rouges à 400 nanomètres qu'avec les violet à 800. On peut le visualiser sur une applet java ici :

http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/java/slitdiffr/index.html

Sur le site cambridgeincolor je trouve pour f16 un disque d'airy de 21,3µm  c'est à peu prés pareil que ce que j'ai trouvé calculé pour une longueur d'onde de 570 nanomètre (0,57 µm) indiqué comme lumière du jour sur ce site
http://www.blog-couleur.com/?Qu-est-ce-que-la-diffraction-en

Toujours à f16 le disque d'airy est de 18,8 pour les bleus à 600nm et 23,4 pour les rouges à 480nm voir ici :
http://www.blog-couleur.com/modale/diffraction-onde.htm?keepThis=true&TB_iframe=true&height=140&width=660

Sur ce même site il est question d'un autre facteur qui peut avoir son importance c'est le filtre bayer qui va à la fois diffuser l'erreur et la corriger.

- diffuser à l'interpolation les pixels affectés par le disques d'airy
- corriger car les filtres colorés du bayer bloqueront en partie les autres couleurs

En plus toutes les couleurs ne sont pas logées à la même enseigne avec le bayer, les pixels bleus et rouges ne sont jamais contigus ce qui n'est pas le cas des verts qui seront donc plus facilement affectés.

Bref si dans un bouquet de fleurs rouges et violettes en mode crop les violettes sont bien mieux définies que les rouges c'est que le diaphragme était trop fermé pour le rouge , si les fleurs vous paraissent plus nette que les feuilles et les tiges c'est que le diaphragme était trop fermé pour le vert.

[titisteph]

Attendez un instant avant de continuer, je vais chercher l'aspirine.

[dioptre]

On nous présente ce disque d'airy et ses valeurs suivant le diaph. Mais sa formule de calcul utilise aussi la longueur d'onde, autrement dit le disque d'airy est deux fois plus grand avec les rouges à 400 nanomètres qu'avec les violet à 800.

C'est tellement connu qu'il n'y a pas besoin d'aspirine pour le comprendre.

Si titisteph veut absolument utiliser son aspirine je lui propose la lecture de ceci :

[Nikojorj]

Pour faire plus simple, le calcul de la diffraction pour la longueur d'onde du vert est une approximation certes, mais comme c'est une bonne moyenne ça marche.
Et tant qu'on n'utilise pas les mires bleu/rouge chères aux fovéonistes, personne n'y voit que du feu.

[giraffe]

... est deux fois plus grand avec les rouges à 400 nanomètres qu'avec les violets à 800 ...

C'est le contraire ? Non ??

[Nikojorj]

Ah y'en a un qui suit, oui!

[remico]

(..) le disque d'airy est deux fois plus grand avec les rouges à 400 nanomètres qu'avec les violet à 800.

C'est le contraire ? Non ??

Tout à fait version corrigée :
le disque d'airy est deux fois plus grand avec les rouges à 800 nanomètres qu'avec les violet à 400

Pour faire plus simple, le calcul de la diffraction pour la longueur d'onde du vert est une approximation certes, mais comme c'est une bonne moyenne ça marche.
Et tant qu'on n'utilise pas les mires bleu/rouge chères aux fovéonistes, personne n'y voit que du feu.

Oui cela marche pour toutes les couleurs du vert au violet . Ce n'est pas simplement les mires ou l'exemple du bouquet de fleurs rouges et violettes que j'avais pris auparavant. C'est un peu dommage de faire l'effort d'éviter la diffraction sur le canal vert et bleu et de laisser le canal rouge diffracté même faiblement  et on peut l'éviter très facilement en ouvrant d'un diaph supplémentaire.

[Nikojorj]

C'est un peu dommage de faire l'effort d'éviter la diffraction sur le canal vert et bleu et de laisser le canal rouge diffracté même faiblement  et on peut l'éviter très facilement en ouvrant d'un diaph supplémentaire.

En théorie, oui.
En pratique je verrais trois objections :
1) Comme démontré ci-dessus, la diffraction n'a que peu d'influence sur la qualité d'image
2) Même quand ça en a, un capteur Bayer prend l'essentiel des fins détails sur la couche verte, les couches bleues et rouges sont de toutes façons sous-échantillonnées, donc pas grave d'avoir des pertes dans le canal rouge,
3) de toutes façons, même avec un Foveon c'est même pas grave parce que l'oeil fonctionne pareil et est plus sensible dans le vert, on ne voit pas les fins détails en plus ou en moins dans le rouge.

[dioptre]

1) Comme démontré ci-dessus, la diffraction n'a que peu d'influence sur la qualité d'image

ah ! ah !
Tu parles d'une démonstration !!!!

http://diglloyd.com/index.html

et lire :
MTF at ƒ/22 with the Zeiss 135mm f/2 APO-Sonnar
TUESDAY, MARCH 19, 2013

Et voir la MTF à f/22

[Nikojorj]

http://diglloyd.com/blog/2013/20130319_1-f22-is-not-your-friend.html pour le lien direct.

Oui les courbes baissent, mais je trouve l'illustration juste en dessous quand même assez pertinente : la plupart des détails sont atténués sans être gommés.
On devrait pouvoir en récupérer un bon peu avec une accentuation par déconvolution (la diffraction a une fonction d'étalement du point simple et connue), ce que reconnait Lloyd lui-même - et là où je ne le suis pas du tout c'est sur la perte de "brillance" : de toutes façons, ce niveau de fins détails est bien abimé au tirage sauf à faire des draps de lit, et personne n'y verra rien.

NB la déconvolution serait bien plus coton avec un autre flou (la PSF d'un flou de MaP par exemple n'est pas connue a priori, et son effet bien plus destructeur rendrait une hypothétique reconstruction très sensible au bruit et probablement très cracra).

[FredEspagne]

http://diglloyd.com/blog/2013/20130319_1-f22-is-not-your-friend.html pour le lien direct.

Oui les courbes baissent, mais je trouve l'illustration juste en dessous quand même assez pertinente : la plupart des détails sont atténués sans être gommés.
On devrait pouvoir en récupérer un bon peu avec une accentuation par déconvolution (la diffraction a une fonction d'étalement du point simple et connue), ce que reconnait Lloyd lui-même - et là où je ne le suis pas du tout c'est sur la perte de "brillance" : de toutes façons, ce niveau de fins détails est bien abimé au tirage sauf à faire des draps de lit, et personne n'y verra rien.

NB la déconvolution serait bien plus coton avec un autre flou (la PSF d'un flou de MaP par exemple n'est pas connue a priori, et son effet bien plus destructeur rendrait une hypothétique reconstruction très sensible au bruit et probablement très cracra).

Très juste. En effet beaucoup de films nous présentent le rattrappage d'une photo floue sur ordinateur pour lire une plaque d'immatriculation, par exemple, or, dans la vraie vie, c'est impossible.

[remico]

Il y a un "bon" exemple de boitiers limités par la diffraction c'est le Pentax Q avec une taille de pixel de 1,54 microns. Je cite le test de ce boitier sur lesnumeriques avec mes commentaires entre parenthèses, disque d'airy calculés pour une longueur d'onde de 570nm issus du site précédemment cité, nombre de pixels arrondis.

Citation de lesnumeriques :

Les meilleurs résultats sont obtenus à f/2,8, où le piqué est excellent sur l'ensemble du champ
(disque d'airy de 3,8 microns soit deux fois environ la taille du pixel)

dès f/4, la diffraction limite la résolution optique (disque d'airy de 5,6 microns soit presque 4 fois la taille du pixel)

et si f/5,6 reste utilisable (disque d'airy de 8 microns soit  5 fois la taille du pixel)

un tirage 11x15 cm d'une photo à f/8 est légèrement flou (disque d'airy de 11 microns soit presque 8 fois la taille du pixel).

                                    ********************

Légèrement flou en 11x15 c'est une appréciation j'ai trouvé une photo à f8 prise avec le Pentax Q c'est vraiment mou de chez mou. Il y a le DNG et le jpeg haute résolution.
http://www.imaging-resource.com/PRODS/PENTAXQ/PENTAXQTHMB.HTM