Rendement quantique du 40D, 50D, 5D, 5D MarkII (perfos détecteur...)

cbuil · Janvier 25, 2009, 19:01:35

J'ai réalisé un travail assez long et délicat visant a évaluer
le rendement quantique absolu des détecteurs
équipants les reflex Canon récent.

Cette donnée est très importante pour qualifier un détecteur
(en plus du bruit de lecture notamment). Le rendement
quantique est le facteur de conversion des photons en électrons.
Il s'agit donc de la "sensibilité" brute du capteur. On est ici
au plus près de la source de qualité optoelectronique d'une caméra.

Délicats a mesurer, je crois que les résulats que je montre
dans la page qui suit sont une première dans le monde de la
photo :

http://astrosurf.com/buil/50d/test.htm

Pas besoin de décortiquer tout ca pour faire de la bonne
photo bien sur, c'est technique, mais les implications
sont directes sur la qualité des images et il est possible
d'en savoir un peu plus sur les technologies employées
et leur évolution.

Il y aurait plein de choses à dire.

Par exemple les progrès réalisés par Canon entre le 40D
et le 50D. Le capteur du 50D est indiscutablement le plus
avancé de la gamme Canon. Il surclasse même (légèrement) celui
du 5D Mark II sur le plan du rendement photonique.

Ce dernier, bien que de haute qualité (pas de doute la dessus, et
puis 34x36..) déçois un peu sur le critère du rendement
quantique - Canon aurait pu mieux faire
compte tenu de la taille des pixels et de la techno "50D" disponible.
M'enfin, le 5D Mark II a bien d'autres atout,
c'est pas la question (j'en ai un et j'ai pu comparer à
l'ancienne version, ben je regrette pas !).

Exemple du rendement comparé du 40D et du 50D :

Ou encore, entre le 5D et le 5D mark II :

Notez qu'il y a encore de la marge de manoeuvre sur les APN
pour atteindre le niveau de rendement des bons CCD. Ca laisse
des espoirs pour l'avenir.

Christian B

stingray · Janvier 25, 2009, 19:46:42

Beau boulot Christian !
C'est en effet la première fois que je vois ces mesures pour des reflex numériques.

Yves · Janvier 25, 2009, 20:20:34

Beau travail! Ça a dû te demander pas mal d'efforts...

Citation de: cbuil le Janvier 25, 2009, 19:01:35Notez qu'il y a encore de la marge de manoeuvre sur les APN
pour atteindre le niveau de rendement des bons CCD. Ca laisse des espoirs pour l'avenir.

Pour ma part la conclusion est exactement inverse : à moins d'adopter une autre architecture (type foveon, ou tri-capteur avec séparatrice) ou bien dans une moindre mesure une matrice de Bayer moins discriminante en longueur d'onde (avec par exemple un pixel sur quatre non filtré), il n'y a pas à attendre de progrès très important en efficacité quantique. Par progrès très important j'entends un gain de plus d'un facteur deux. Ces dernières années, les gains en sensibilité (je veux dire en signal sur bruit à hauts ISO) on été très supérieurs à ce facteur deux.

Petite question : reste-t-il un élément filtrant dans le 40D "défiltré"? La réponse des pixels rouges s'effondre assez tôt je trouve (700nm).

geo444 · Janvier 25, 2009, 20:56:11

Citation de: Yves le Janvier 25, 2009, 20:20:34
... à moins d'adopter une autre architecture (type foveon, ou tri-capteur avec séparatrice) ou bien dans une moindre mesure une matrice de Bayer moins discriminante en longueur d'onde (avec par exemple un pixel sur quatre non filtré), il n'y a pas à attendre de progrès très important en efficacité quantique...

j'ai pas l'impression non plus, si la solution simple d'un pixel sur 4 non filtré (cf schema) n'a pas
... encore été adoptée en DSLR : elle oblige a re-ecrire tous les algorithmes de dématriçage ?
[at] Christian :
<< Finalement, avec le 5D Mark II, le S/B atteint 35, ce qui est un relatif progrès si on considère en même temps la perte de résolution spatiale induite par l'usage de pixels plus gros (voir la figure 5). A titre d'exercice, vous pouvez vérifier que le rapport signal sur bruit avec la caméra QSI532 approche 80 >>
oui mais son CCD Kodak KAF-3200ME n'a pas de filtre de Bayer qui divise le QE par ~3, non ?

geo444 · Janvier 25, 2009, 21:19:36

.

c'est vrai que - malgré la quasi division par 2 de la surface des pixels - de 41 a 22 µm²...
des Eos 20d-30d... a l'Eos 50d : les performances Par Pixel n'ont quasiment pas baissé :

vianet · Janvier 25, 2009, 21:23:41

Intéressant au plus haut point. Nous y voila.

50D réellement meilleur grace au réseau de microlentilles car les lois de la physique sont incontournables, plus petit pixel signifie plus petit photosite non? Quelles conclusions?
Je partage la conclusion de CBuil sur le chemin à parcourir pour les capteurs cmos pour égaler les meilleurs capteurs CCDs. Par définition, un CCD est sensé mieux utiliser la surface de capture photo-électronique. Mais le codage des information en numérique au plus près de la source permet un meilleur traitement du signal et donne une grande importance aux algorithmes de traitement in-camera ainsi qu'en post-traitement.
Beaucoup de travail pour arriver à ces résultats mais peut-être aussi pour analyser qui fait quoi au juste.

geo444 · Janvier 25, 2009, 21:24:11

.

note: l'Eos 30d a les memes résultats que le 20d qui est ici bridé a 1600 iso ?!?!

la Baisse la plus Importante du 20d au 50d est visible du coté de la Sensibilité Couleur...
certainement la faute au filtre Bayer Moins Sélectif !... mais laissant passer + de photons :

cbuil · Janvier 25, 2009, 21:27:28

Yves, ca laisse quelques espoirs, mais il est exact que je ne donne pas de solutions. La photo a ces exigences, en particulier celle d'acquérir une image couleur (ce n'est pas du tout une obligation en astro).

En fait, ce qui fait mal, c'est la courbe de transmission des filtres RVB. Au pic le QE n'est pas une si mal que cela,
mais le passe-bande spectral... aie !

Un pixel clair ? Si possible des pixels pas trop petits ? La techno Foveon ? Des filtres plus raides ? On verra bien.

Absolument dans le 40D il subsiste un filtre anti-IR. En fait Canon réalise un double filtrage. Seul le premier filtre
est retiré, l'autre est un verre teinté dans la masse je pense. Les détails de la modification sont ici :

http://astrosurf.com/buil/eos40d2/filter.htm

Sinon, ouaip, ca a été du boulot pour faire le protocole, quelques nuits blanches et sur les genoux

Christian B

Yves · Janvier 25, 2009, 21:44:32

Citation de: vianet le Janvier 25, 2009, 21:23:41Je partage la conclusion de CBuil sur le chemin à parcourir pour les capteurs cmos pour égaler les meilleurs capteurs CCDs. Par définition, un CCD est sensé mieux utiliser la surface de capture photo-électronique.

La conclusion est clairement inverse, pour les capteurs photo à filtre de Bayer. Ce que montre Christian, c'est que les derniers capteurs CMOS à filtre de Bayer n'ont plus grand chose à gagner en QE par rapport aux meilleurs CCD avec filtre de Bayer (à part dans le rouge, vraisemblablement du fait de la relativement basse tension utilisée par les CMOS, ce qui diminue l'efficacité de la collection des charges générées profondément dans le substrat, c'est un point faible bien connu).

Citation de: cbuil le Janvier 25, 2009, 21:27:28En fait, ce qui fait mal, c'est la courbe de transmission des filtres RVB. Au pic le QE n'est pas une si mal que cela, mais le passe-bande spectral... aie !

C'est tout à fait ça. Mais le problème est tout à fait le même pour les CCDs (à part le déficit dans le rouge, voir au-dessus)

Citation de: cbuil le Janvier 25, 2009, 21:27:28Absolument dans le 40D il subsiste un filtre anti-IR. En fait Canon réalise un double filtrage. Seul le premier filtre est retiré, l'autre est un verre teinté dans la masse je pense. Les détails de la modification sont ici :

http://astrosurf.com/buil/eos40d2/filter.htm

Merci pour l'info!

vianet · Janvier 25, 2009, 22:00:43

Oui je parlais au niveau physique, pas effectivement de la matrice de Bayer dont on sait qu'elle pose un certain nombre de problèmes mais il existe des améliorations curieusement laissées sous le boisseau pour le moment. Crise ou pas, je ne sais que dire.

Oui, bien sur , la conclusion des mesures montre toute la progression des capteurs cmos en imagerie photographique.
Mais ma question suscitée par ce très intéressant travail, c'est qui fait quoi? L'optimisation du réseau de microlentille explique-t-elle l'amélioration par pixel du 50D par rapport à ses prédecesseurs? Modification de la matrice de Bayer? Meilleure tenue en hauts isos à chaque génération assez suspecte de traitement informatique.
La dynamique du 40D à 400 isos est égale à celle du 5 D à la même sensibilité et peu inférieure à celle du 5 D MK2. C'est bien ce que l'on ressent en photographiant avec ces appareils, de même que la dynamique chute quand même obligatoirement avec le 50 D. A force de couper les pixels en quatre. Ce que je vois, c'est que le TT informatique de ces capteurs devient clairement plus gourmand en ressources et même des ordinateurs récents mettent du temps à traiter les fichiers des boitiers surpixellisés comme le 5D MK2. C'est surtout ça les points noir de ce type de boitier...

Calmer un petit peu la course aux pixels...

Olivier-P · Janvier 25, 2009, 22:10:59

Moui rendement amélioré dans les années. Lentilles performantes.

Une précision sur un détail d'abord.

Je ne peux pas discuter du rapport entre CCD ou CMOS, par contre les faiblesses spectrales en rouge, une fois pour toutes ne vous y trompez pas, elles sont corrélés aux baisses de la vision humaine, et à casser totalement les IR, ce qui pour ma science la colorimétrie est necessaire, complétement necessaire. Il est impossible de refaire des gamuts cohérents, si une infime partie d'IR est passée, c'est une punition sans retour.

Ce n'est pas vrai des bleu, et qq fabricants de Dos s'amusent à laisser des UV, cela nettoie du bruit possible du fait naturel de la faiblesse de rendement du bleu ( et du bruit possible en tc chaude donc ).

Pour revenir au sujet :

Pour les rapports quantiques, je crois me souvenir que les petits pixels ont naturellement un rendement quantique plus grand, mais par contre un SB plus faible. C'est un des paradoxes connus. Le petit pixel rattrape son mauvais SB par ce rendement supérieur. Donc il fait presque jeu égal.

Ce qu'a trouvé Christian parait alors naturel.

Il devrait aussi trouver un rapport quantique de plus en plus mauvais avec le Nikon D3, ou le Canon 1D2 ou 3 etc ...

Mais ce qui ne parait pas dans l'étude, est ce que nous disent les ingés photos depuis des années : ils préférent avoir une perte en quantique et avoir un SB tres propre. Le gain pour la photographie est bien meilleur. Le rendement surface est moins bon ? qu'importe, on augmente la surface totale, dans un rapport meilleur au rendement perdu. Le tour est joué. C'est ainsi que le FF gagne les parties, quand il serait à pixels égaux.

Attention donc aux infos isolées. Il faut les remettre dans leur contexte.
Le 50D est meilleur en rendement mais crache le feu en SB moins excellent

Pour l'instant personne n'a réussi à casser cette logique.
Gros pixels , rendement Q faible, mais SB fabuleux, le gros pixel gagne toujours in fine.

Yves · Janvier 25, 2009, 22:19:30

Citation de: Olivier-P le Janvier 25, 2009, 22:10:59Je ne peux pas discuter du rapport entre CCD ou CMOS, par contre les faiblesses spectrales en rouge, une fois pour toutes ne vous y trompez pas, elles sont corrélés aux baisses de la vision humaine

Ce que je dis, c'est que la QE dans le rouge montrée par Christian est anormalement basse par rapport aux CCDs (eux aussi avec filtre de Bayer). Voir l'explication vraisemblable au-dessus (rien à voir avec la vision humaine). Je ne parle pas de son effondrement dans le proche IR, qui est dû à un filtrage (voir les précisions de Christian).

Yves · Janvier 25, 2009, 22:33:19

Citation de: Olivier-P le Janvier 25, 2009, 22:10:59Pour les rapports quantiques, je crois me souvenir que les petits pixels ont naturellement un rendement quantique plus grand

Non, en CMOS la tendance est clairement inverse. Plus la densité de pixels est grande, plus il est difficile de maintenir une bonne QE (du fait de la "circuiterie"). As-tu une référence sur ce que tu avances?

geo444 · Janvier 25, 2009, 22:37:55

Citation de: vianet le Janvier 25, 2009, 21:23:41
... Par définition, un CCD est sensé mieux utiliser la surface de capture photo-électronique. Mais le codage des information en numérique au plus près de la source permet un meilleur traitement du signal et donne une grande importance aux algorithmes de traitement in-camera ainsi qu'en post-traitement...

ce sera bientot du passé ça aussi !...
... rappelle toi de ce fil : Circuiterie & Electronique passent a la cave :

http://www.chassimages.com/forum/index.php/topic,17573.0.html

comme les DSLR ont les photosites de + en + petits... ça pourrait bien servir...

stingray · Janvier 25, 2009, 22:44:36

Oui Vianet les microlentilles y sont sûrement pour beaucoup.

Sinon Yves, je ne suis pas sur que les CMOS souffrent tant que cela de déficit de rouge.
Si tu jette un coup d'oeil sur les spec des CCD kodak à matrice de bayer, les trois couleurs sont plus "équilibrées" mais c'est surtout car il n'y a pas de filtre IR (tout comme les mesures de Christian sur le 40D défiltré). Les QE peak des CCD kodak modernes (KAF-39000 ou KAF-50100) ne sont pas mieux que ceux des CMOS Canon (c'est même moins bien). Dans le proche IR par contre, cette histoire de tension doit prendre plus d'importance.

Sinon Christian, pourquoi as tu considéré que la sensibilité du QSI532 était équivalente au 400iso des Canon ?

vianet · Janvier 25, 2009, 23:01:15

Salut Geo: ah oui les capteurs Sony, j'en ai entendu parlé.

Ca me dit vaguement quelque chose. C'est une philosophie, un concept, spécialement étudié pour numériser l'information collectée le plus précocément possible dans le capteur lui-même.

J'apprécie bien ta conclusion. Effectivement, la course aux pixels ne s'arrêtera pas la et les solutions s'étudient d'abord sur les capteurs plus faciles à fabriquer comme les APSC ou même ceux pour photophones

On attend beaucoup du backlighting, ce sera à considérer en son temps.

Oui stingray, je préfère quand tu parles technique comme ici que quand tu viens te friter sur le forum Sony si tu vois ce dont je veux parler. Tu as fait fort avec JMS. Je referme la parenthèse, il faut se calmer, on ne vient pas sur les forums pour semer la zizanie. Fin de transmission.

stingray · Janvier 25, 2009, 23:10:24

Vianet tu sais, comme je l'ai dis, j'essaye de rester zen, mais il ne faut pas trop chercher quand même.
Les capteur rétro- éclairés, oui en effet, Sony dit gagner dans les 1IL en sensibilité sur des petits-petits pixels.
Après on doit pouvoir aussi gagner un peu sur la transmission et les coupures des filtres qui ne sont quand même pas fameuses là.

geo444 · Janvier 25, 2009, 23:16:21

Citation de: vianet le Janvier 25, 2009, 23:01:15
... J'apprécie bien ta conclusion. Effectivement, la course aux pixels ne s'arrêtera pas la et les solutions s'étudient d'abord sur les capteurs plus faciles à fabriquer comme les APSC ou même ceux pour photophones On attend beaucoup du backlighting, ce sera à considérer en son temps.

salut vianet !
et le meilleur est que ça permet de multiplier les traitements " on chip "
... tout en gardant le fill factor tout près du maximum !

vianet · Janvier 25, 2009, 23:24:31

Merci à CBuil pour nous avoir donné une piste au sujet de la couche rouge et les solutions avec les filtres sur la lentille frontale pour récupérer une BdB normale. Relation des filtres avec le cramage de la couche rouge?
Oui stingray: 1 IL au bas mot pour les petits capteurs mais déjà pour un APSC, ce sera moins percutant. Ceci dit, d'autres choses peuvent évoluer conjointement pour gagner cet IL.

Assez d'accord avec toi Geo, interessant mais chut, tu veux mettre nos ordinateurs à genous avec tous ces pixels coupés en 4? Ou désires-tu porter un sérieux coup au moyen-format qui utilise de façon très conservatrice des CCds?

geo444 · Janvier 25, 2009, 23:32:29

Citation de: vianet le Janvier 25, 2009, 23:24:31
... Assez d'accord avec toi Geo, interessant mais chut, tu veux mettre nos ordinateurs à genous avec tous ces pixels coupés en 4? Ou désires-tu porter un sérieux coup au moyen-format qui utilise de façon très conservatrice des CCds?

a genouXXX, tu veux dire ?

un sérieux clin d'oeil au MF... j'ai l'impression que le NiKon D3X y arrive pas mal !
... y'a ici un comparo du bruit a 50 iso avec l'Eos 5d2 qui est (d)étonnant !!! °_O

http://diglloyd.com/diglloyd/free/PushingTheBlacks/index.html

Olivier-P · Janvier 25, 2009, 23:48:21

Citation de: Yves le Janvier 25, 2009, 22:19:30
Ce que je dis, c'est que la QE dans le rouge montrée par Christian est anormalement basse par rapport aux CCDs (eux aussi avec filtre de Bayer). Voir l'explication vraisemblable au-dessus (rien à voir avec la vision humaine). Je ne parle pas de son effondrement dans le proche IR, qui est dû à un filtrage (voir les précisions de Christian).

Je ne pense pas que cela soit une vérité, et que tout est lié au filtre IR voulu par le constructeur. Je pense vraiment que c'est plutot une forme spectrale recherchée, c'est à dire exactement l'inverse du processus.

Attention aux pdf Kodak ils sont souvent AVANT les FIR. Voir la mésaventure de Leica et son entétement à ne pas filtrer l'iR.

geo444 · Janvier 25, 2009, 23:49:42

.

mais une chose m'étonne quand mème pas mal... en lisant ce test D3X vs 5d2 :

http://diglloyd.com/diglloyd/free/PushingTheBlacks/index.html

comment fait le NiKon D3X pour obtenir a la fois :
- les images les plus Lissssses (ok = LE lissage du NEF hai par les Astros !)
- mais des JPEG d'une taille Gigantesque (Deux fois et plus celle de l'Eos 5d2 !!!)

bizarre !?... bizarre !?!?

Olivier-P · Janvier 25, 2009, 23:54:01

Citation de: Yves le Janvier 25, 2009, 22:33:19
Non, en CMOS la tendance est clairement inverse. Plus la densité de pixels est grande, plus il est difficile de maintenir une bonne QE (du fait de la "circuiterie"). As-tu une référence sur ce que tu avances?

Pour la circuiterie, je ne sais pas si nous sommes dans les petits papiers des constructeurs photos.
Ce qui est vrai pour des cmos ordinaires a souvent été INVERSE pour les cmos Canon, se souvenir du bruit originel supérieur par rapport aux ccd, il y a 20 ans on m'apprenait cela, mordicus cela ne bougerait jamais, seul Hitachi s'entetait.

Pour les circuits et rendement des lentilles, amha cela fait lontemps que Canon a dépassé cette problématique. Voir il annonce pour le 50D un rendement de surface quasi total du réseau de récupération des photons.

Pour les références du meilleur rendement QE au fur et à mesure de la taille rapeticée, je pense que je dois retrouver cela, je vais fouiller et je reviens, cette nuit ou demain

vianet · Janvier 26, 2009, 00:05:46

Précises ta pensée au sujet de la lourdeur des jpgs geo444. La c'est dodo, je ne réfléchis plus.

[at] plus tard.
L'avance de Canon en numérique, c'est le pari du cmos mais maintenant, les autres ont compris. On n'ose pas demander à CBuil de réaliser ce travail pour d'autres boitiers...

cbuil · Janvier 26, 2009, 00:22:27

Citation de: stingray le Janvier 25, 2009, 22:44:36
Sinon Christian, pourquoi as tu considéré que la sensibilité du QSI532 était équivalente au 400iso des Canon ?

C'est ambigue c'est vrai. Je ne savais où mettre cette info dans le tableau, puisque bien sur la notion
ISO ne s'applique pas à une caméra telle que la QSI532. J'ai mis cela au centre, mais c'est découplé
des 400ISO donc (la double barre verticale du tableau indique la "séparation" des deux mondes).

Vianet, la mesure d'autres boitiers... Ca serait bien j'en suis sur, mais je suis canoniste par nécessité
(imagerie astro), par plaisir aussi quant même, et fort sous équipé en d'autres marques

Donc, délicat
à moins de pouvoir disposer de prêts.

Christian B