| [ Vendredi 26 septembre 2008 ] |
par Jean-Pierre Roche |
Nouveau capteur Fujifilm Super CCD EXR
Un capteur pour résoudre le dilemme des pixels ?
Avec la folie des pixels qui s'est emparée des fabricants d'appareils numériques, sans qu'on sache trop s'ils répondent à la demande du public ou s'ils poussent ce même public dans cette voie, les progrès réalisés dans l'élimination du bruit se trouvent trop souvent annihilés. Une sorte de course à l'abîme paraît engagée, en particulier pour les constructeurs, comme Fujifilm, qui ont fait de leur performance en haute sensibilité un argument majeur pour se distinguer de la concurrence.
Pour le 10ème anniversaire de sa marque FinePix, Fujifilm lève le voile sur le « Super CCD EXR », un nouveau capteur « trois en un » visant à la fois la très haute résolution, la haute sensibilité et l’élargissement de la plage dynamique. Il est largement admis que la « haute résolution » et la « haute sensibilité » sont des caractéristiques antagonistes souvent impossibles à optimiser conjointement sur le même capteur, particulièrement sur les appareils compacts. Plus les photodiodes sont petites, plus il y a des problèmes de bruit électronique, de diffusion et de diffraction.
Le Super CCD EXR, nouvelle génération de Super CCD, est un capteur modulable, modifiant son comportement en fonction du sujet à traiter. Ses caractéristiques changent à la demande du photographe afin d'offrir la meilleure image possible en toute situation. Ce nouveau capteur amène trois changements majeurs par rapport aux précédents capteurs Fujifilm :
- Une nouvelle organisation de la matrice des filtres RVB (filtre de Bayer)
- Une nouvelle méthode de combinaison de photodiodes
- Une révision complète du mode de contrôle de transfert des charges.
Comparaison entre une matrice de filtres classique et une matrice EXR
EXR : haute sensibilité et faible bruit
Gagner en sensibilité par l’augmentation du gain électronique augmente aussi inévitablement le bruit aléatoire. Les traitements conventionnels pour le minimiser conduisent à des images dégradées et avec une réduction de la résolution effective. Pourtant un signal présentant un faible bruit électronique peut être obtenu par regroupement de pixels (pixel binning). L’approche classique du « pixel binning » (selon les axes horizontaux et verticaux) produit malheureusement, en pratique, des images de qualité très médiocre.
Pour palier ce phénomène, le Super CCD EXR modifie la disposition des filtres colorés au sein de la matrice. Avec cette nouvelle technologie dénommée « concentration inclinée de pixels adjacents », le Super CCD EXR prévient l’apparition des artéfacts du pixel binning par la fusion de deux pixels immédiatement voisins. Ainsi, la surface de l’élément sensible est doublée et la sensibilité résultante également tandis que le bruit dans les zones noires reste très faible. Cette technique, se substituant à l’amplification du signal, permet de bénéficier d’une forte sensibilité tout en maintenant le bruit à un faible niveau.
Schéma de fonctionnement de l’EXR en haute sensibilité
EXR : une plage dynamique étendue
Le Super CCD EXR met à profit la flexibilité et la précision de son contrôle d’exposition pour enregistrer simultanément deux images de la même scène : la moitié des photodiodes assurant la capture en haute sensibilité, l’autre moitié en faible sensibilité. Il suffit ensuite de fusionner ces deux aspects de l’image pour aboutir à une photo d’une grande profondeur avec une large échelle de valeurs.
Très proche du principe mis en œuvre sur le Super CCD SR (sur les reflex comme le S5-Pro) le nouveau capteur EXR procède par « Contrôle d’une Double Exposition » (Dual Exposition Control). Cette technologie impose à deux pixels de même couleur adjacents deux sensibilités différentes via le contrôle de leur temps d’exposition (le temps durant lequel les charges sont accumulées). Contrairement à la technologie SR, les deux éléments sensibles sont de même taille, le potentiel d’extension de la plage dynamique est donc plus grand ainsi que le potentiel d’expression offert au photographe autour de cette caractéristique.
Schéma de principe pour la technologie d’extension de la plage dynamique de l’EXR
EXR : la haute résolution
La structure spécifique du nouveau Super CCD EXR permet d’exploiter la totalité des photodiodes en amont de la matrice de filtres de sélection RVB et de tirer le meilleur profit du traitement optimisé du signal via le nouveau processeur RP offrant ainsi une image de la plus haute résolution possible. Bien que ce capteur ait été conçu pour étendre la gamme dynamique via la « double exposition », et la maîtrise du bruit à travers la « fusion des pixels », Fujifilm affirme qu'il est tout aussi performant que les capteurs Super CCD de 12 Mégapixels actuels par le jeu combiné de sa nouvelle mosaïque de filtres et de son nouveau concept de photodiodes.
Plutôt que de continuer à développer des caractéristiques antagonistes comme le sont la haute sensibilité et la haute résolution, Fujifilm a choisi, avec le Super CCD EXR, d’inaugurer une voie ingénieuse. Il reste à voir les images que vont donner, en pratique, les appareils qui en seront issus mais on ne peut que les attendre avec impatience !
