Grands ou petits photosites ?

[Tryphon T]

Je lis et je relis depuis des années, sur des forums de microscopie, ce genre de phrase :

J’ai retenu quelque chose qu’y me semble important : Plus le photosite est petit, moins il est sensible à la lumière, et plus il va générer de bruit, notamment dans les basses lumières. Cela génère une image moins bien définie et donc une impression de moins bonne qualité …

 

Bien sur si je souligne Microscopie, c'est que cette phrase ou son équivalent doit être interprétée en fonction de la discipline dans laquelle on utilise ces fameux photosites.

 

Et bien entendu, ce genre de phrase, parfois brandie comme une vérité ultime, aurait tendance à me réveiller.

 

Donc en premier, qu'est-ce qu'un photosite ?

 

Pour simplifier, sans déformer, un photosite est une petite surface d'un capteur électronique destinée à capter de la lumière (des photons).

C'est même l'unité de base du capteur.

Les photosites, indépendants les uns des autres, sont organisés en lignes et colonnes formant une matrice de points, qui correspondent à chaque pixel d'une image numérique.

 

En ce qui concerne leur capacité à capter la lumière (les photons), ils peuvent être comparés à des récipients recevant de l'eau de pluie.

 

Donc pour une pluie donnée, plus le récipient sera grand, et plus il recevra d'eau.

En optique cela peut se traduire par la phrase suivante: plus le photosite sera grand et plus il recevra de lumière.

 

Jusque là nous sommes tous d'accord !( Je l'espère !)

 

Seulement sur une surface de silicium donnée (un capteur) plus les photosites sont grands, et moins il y en aura !

Et plus sa résolution spatiale sera faible !!

Nous avons donc lors de la conception d'un capteur, deux impératifs contradictoires à gérer:

 

La sensibilité du capteur aux faibles lumières et sa résolution (dans le sens de l'optique).

 

Pour la résolution (la vraie) tout le monde aura compris que plus le photosite sera petit et plus grande sera la résolution spatiale du détecteur.

 

Pour la sensibilité d'un photosite , c'est un peu plus compliqué, mais cela se comprend très bien.

 

Nous avons pris l'exemple du récipient sous la pluie, mais il faut savoir qu'en réalité, les photons (incidents) arrachent au substrat semi-conducteur, des électrons.

Et ce sont ces électrons qui seront traité "électroniquement" pour reconstituer une image numérique.

Mais ce processus ( principe photo-électique ) est soumis aux lois de la physique qui nous disent que ce processus à une efficacité qui diminue plus vite que diminue le nombre d’électrons reçus. On appelle cela la dynamique .

D'où la nécessité, pour un éclairage donné d'augmenter la surface collectrice afin de diminuer le rapport Signal/Bruit.

 

Problématique:

Nous avons donc une problématique, pour une surface de capteur donnée, si on veut augmenter sa résolution spatiale, on va en diminuer la dynamique et donc augmenter le bruit.

D’où la réflexion citée au début du post, qu'il faut de gros photosites pour avoir une bonne image.

 

Mon analyse personnelle :

 

Elle va à l'encontre de cette conclusion hâtive (bien sûr, sinon je n'aurais pas fait chauffer mon clavier).

 

Ne généralisons pas trop rapidement le phénomène constaté au point de croire qu'il est universel.

 

En fait, si on raisonne sainement, il faut considérer TROIS cas de figure d'utilisation de capteurs électroniques.

 

Prenons les trois domaines suivants.

 

L'Astronomie. (C'est grâce à l'Astronomie qu'ont été initialement développés les capteurs électroniques parce qu'ils apportaient une sensibilité tres supérieure à ce qui se faisait avant avec les émulsions photographiques même hypersensibilisées.

On pouvait voir avec des instruments d'amateur (Télescopes associés à de simples WebCam, Vesta Pro), des images aussi belles que ce qui se faisait peu d'années plus tôt dans les meilleurs observatoires professionnels) D'un temps de pose de 7 ou 8 heures on était passé à quelques minutes.

La photographie courante. Hors studio.

La microscopie.

 

En astronomie, on n'a aucune action sur la lumière, il faut faire avec ce qui nous vient de l'espace. La faible clarté des étoiles !

En photographie courante en extérieur, c'est la même chose, l'éclairement du capteur ne peut pas dépasser ce que nous fournit l'astre solaire, et si le ciel est couvert ou le soleil bas, la petite taille des photosites est un handicap et fait apparaître du bruit numérique.

 

Déjà en photographie de studio, on peut régler son éclairage.

Et en microscopie, on a toujours la possibilité d'augmenter l'éclairage de son microscope.Ce qui n'est pas le cas bien sûr dans la nature ou en astronomie.

C'est comme si , dans l'exemple de nos récipients, on augmentait la pluie.

Si l'éclairage de notre microscope est limité à 30W, ce qui est faible pour certaines observation, qu'à cela ne tienne, passons à 100 voir 200 W !

Et il n'y aura plus de bruit !

 

Par contre, avec de petits photosites, nous aurons bien entendu une meilleure résolution qu'avec de gros photosites.

 

Croire et conseiller, qu'en microscopie, il vaut mieux avoir de gros photosites sous prétexte qu'en photographie, c'est bien le cas, n'est-il pas là une vraie gageure ?

 

Comme quoi, la vision du photographe, n'est pas toujours compatible avec la vision du micrographe.

 

Mais vous n'êtes pas obligés de me croire...

 

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