Faut-il reprendre la course aux pixels ?

On constate depuis maintenant plusieurs années une certaine stagnation dans la montée en pixels des capteurs d’appareils photo. Faut-il en déduire que la technologie a atteint un plafond indépassable ? Que la recherche va désormais se diriger vers d’autres points d’amélioration ? Ou vers d’autres types de capteurs ? Ou bien est-elle (aussi ?) d’origine économique ? 

Ces questions méritent d’être posées et nous allons tenter d’apporter des réponses.

Une course effrénée aux pixels

Les capteurs des débuts

Il faut bien reconnaître que les débuts de la photo numérique ont été bien oubliés. Et c’est tant mieux ! Surtout quand on sait que le tout premier appareil numérique commercialisé contenait un capteur à la faramineuse définition de 32×32 pixels. C’était en 1975. Mais ce n’était pas le tout premier capteur numérique. La même année, un ingénieur de chez Kodak, Steven Sasson, avait conçu un appareil photo numérique en détournant l’utilisation d’un capteur CCD fabriqué par Fairchild Semiconductor, société aujourd’hui disparue. La définition de ce capteur ? 100 x 100 pixels. Eh oui, même le « roi de la pellicule » s’est intéressé, et parfois avec bonheur, à la technologie numérique.

Que ferait-on aujourd’hui avec un tel capteur ? La réponse tient en quatre lettres : RIEN.

Mais il en est quasiment toujours ainsi du progrès technologique : modestes inventions, perfectionnements grâce à l’intérêt suscité auprès de nombreux chercheurs, développement rapide, puis enfin commercialisation des produits issus de ces inventions. Et ce, jusqu’à ce que soit inventé un produit offrant de meilleures performances.

Les capteurs d’APN n’ont pas échappé à la règle !

Une évolution régulière

Enfin… Plus ou moins régulière, mais continue.

Bien entendu, ce n’est pas avec des capteurs de 100×100 pixels, qui plus est « d’époque », que l’on peut espérer réaliser de grandes choses.

Longtemps, dans les années 1995-1999, les capteurs, de type CCD, se limitaient à quelques centaines de milliers de pixels (300 000 – 400 000). C’était d’ailleurs le cas du Pentax EI-C90 (voir : https://pentaxklub.com/histoire-de-pentax-numerique/). Aujourd’hui, à quelques exceptions près, ils ont laissé la place aux capteurs de technologie CMOS. Voir ICI.

Les fondeurs ont bien compris qu’on ne pouvait pas en rester là. Ils se sont dès lors attelés à une tâche ardue, mais indispensable : améliorer la quantité de pixels, mais aussi leur qualité (et, in fine, la qualité des capteurs), de façon à pouvoir concurrencer les meilleures pellicules argentiques et avec l’intention, évidemment, de les supplanter. Un défi considérable que certains ont relevé avec brio (Sony, notamment, mais pas seulement), pendant que d’autres, pour diverses raisons, sombraient en y laissant quelques « plumes ».

Sur ces derniers, on pense évidemment à celui qui, à l’origine, devait équiper un appareil plein format de Pentax, et aussi un appareil de Contax (marque de Zeiss Ikon puis de Kyocera). Ce fondeur (Philips) n’a pas pu mener à bien sa tâche de produire un capteur performant de 6 Mpx (image de 2 008 x 3 008 pixels). Pentax a renoncé alors à produire son FF numérique. Contax a poursuivi et… a disparu du numérique quelques mois plus tard. C’était au début des années 2000.

Formats de capteurs

On le constate, l’idée de départ de beaucoup de constructeurs était d’utiliser des capteurs 24×36. Mais, à cette époque, le seul à y réussir fut Canon avec un capteur FF de 4 Mpx sur son boitier EOS-1D. Nikon n’arrivera sur ce marché que quelques années plus tard (D3 en 2007).

Alors, en attendant des progrès en taille, les fondeurs (et donc les fabricants de boîtiers) se satisfont de capteurs de dimensions plus modestes (les APS-C), mais en leur assurant de plus en plus grandes quantités de pixels.

Les années 2000-2015

APS-C majoritaire

Ce sont les années des plus grands progrès. Même si les dimensions diffèrent entre Canon et les autres, les capteurs sont majoritairement au format APS-C (grosso modo 23,6 x 15.7 mm, contre 24 x 36 mm pour les capteurs FF). Mais en les enrichit régulièrement en pixels. 

Au début, on trouve de très nombreux capteurs comportant autour de 6 Mpx. Ils équipent nombre de boîtiers : chez Pentax, les *Ist puis les K100D, K100D Super et K-110D. Dans cette marque, il faudra attendre le K200D pour enfin atteindre les 10 Mpx. En attendant le « légendaire » K10D qui marquera son époque pour la marque.

Les années suivantes verront de nouveaux progrès chez tous les fabricants, et particulièrement ceux qui utilisent des capteurs fabriqués par Sony : ce dernier parvient à surpasser tous ses concurrents et à s’imposer comme le plus grand fabricant de capteurs. Cela lui permet non seulement d’équiper Pentax et Nikon (notamment), mais aussi de développer sa propre gamme d’appareils photo. Après le rachat de Minolta, qui lui permet de « mettre le pied » sur le marché de la photo, il développera ses productions qu’il équipera de ses meilleurs capteurs souvent plus performants que ceux qu’il vend aux autres constructeurs.

Arrivée des capteurs FF

Ces années voient aussi l’arrivée de capteurs FF chez la plupart des grands constructeurs… sauf Pentax, qui a pris beaucoup de retard pour les raisons que l’on sait (époque Hoya puis rachat par Ricoh).

Les capacités en pixels se sont largement développées. Si les capteurs APS-C ne dépassent que rarement les 25 Mpx, les capteurs FF sont déjà à 36, 45 et même 50 Mpx. En tous cas dans les gammes courantes « pour amateurs ». Car tant Canon que Nikon et Sony gardent, pour les appareils destinés aux professionnels, « baroudeurs » ou non, des capteurs FF d’une vingtaine (voire moins) de mégapixels. Ces capteurs ne sont pas destinés à offrir la possibilité de très grands agrandissements ; en contrepartie, leur montée en sensibilité est bien meilleure, leur dynamique est remarquable

Un coup d’arrêt

La situation internationale

Dès 2015, la situation se tend. Différents évènements mondiaux perturbent la vie économique internationale. Des cataclysmes se produisent : au Chili, éruption du volcan Calbuco, cyclone sur les iles Vanuatu, déraillement de train en Inde, etc. Les prises de conscience écologiques concernant la couche d’ozone, déjà anciennes, deviennent des préoccupations de plus en plus prégnantes. N’oublions pas non plus, même si cela n’a pas eu d’effet direct sur la photographie, les attentats un peu partout dans le monde et à Paris.

Bien d’autres évènements apportent un climat de morosité perceptible et donc très peu favorable aux investissements internationaux.

L’industrie photographique

Concernant l’industrie photographique, une catastrophe naturelle lui donne un sérieux coup. Le 14 avril 2016, un séisme au Japon touche la préfecture de Kumamoto. Les victimes se comptent par dizaines, les blessés par milliers. Ce séisme détruit la principale usine de fabrication de capteurs de Sony. Le constructeur a déjà une position dominante sur le marché des capteurs ; aussi, l’impact sur la production va s’avérer d’une grande ampleur et sera durable. Notons, au passage, que Sony produit des capteurs de tous types dans cette usine, y compris pour le marché des « photophones » qu’il équipe à plus de 40 %, par le biais de « modules photo » comprenant des capteurs, mais pas seulement. Et on remarquera qu’en 2015, Sony a vendu autant de capteurs que Samsung et Omnivision réunis, ses deux principaux concurrents (qui produisent essentiellement pour des smartphones).

Pour fixer les idées, cela représente, en valeur, environ 3650 millions de dollars (en augmentation de 31 % par rapport à 2014) ; dans la même période, la valeur de production de capteurs de Canon représente « seulement » 405 millions de dollars (en baisse de 16 % par rapport à 2014).

Sony n’a cependant pas été le seul constructeur touché par ce séisme. D’autres ont aussi connu des dégâts importants. Seul Fuji n’a subi que peu de désagréments.

Cependant, au début de l’année (février en France), Pentax parvient enfin à mettre sur le marché un boîtier 24×36, le K-1 (premier du nom), doté d’un capteur d’origine Sony et comportant 36 Mpx. Très attendu – et depuis longtemps – par de nombreux amateurs pentaxistes, il rencontre un franc succès, mais de nombreux retards de livraison seront constatés dans les mois suivants.

Autres domaines

On croit trop souvent que les capteurs ne concernent que les APN. De fait, si la photographie dans les APN est bien le domaine d’utilisation principal, d’autres types de matériels (voisins ou pas) sont aussi touchés par d’autres types de capteurs : action-cams (ex GoPro), drones, consoles de jeux…).

Les boîtiers dits « hybrides »

Cette période (années 2015 et suivantes) voit un développement considérable des boîtiers photo hybrides chez les plus grands constructeurs, Sony en tête.

Ainsi, si les capteurs ne progressent pas en termes de nombre de pixels, en revanche, leur technologie évolue, offrant des fonctionnalités plus élaborées, notamment pour ce qui touche à l’autofocus.

On peut citer en exemple la fonction Eye AF de Sony, particulièrement utile en photo de sport : la mise au point s’effectue très rapidement sur l’œil du personnage photographié, et le système d’IA permet de conserver la mise au point même si le personnage bouge, ce qui apparaît comme parfaitement normal en pratique sportive ! Sony n’est pas la seule firme à améliorer ses fonctions AF. Avec parfois des clichés fabuleux comme celle prise avec un Nikon Z9 aux derniers JO d’hiver 2022. 

Il n’est pas nécessaire, pour cela, de disposer d’une quantité plus importante de pixels. Mais d’une meilleure électronique.

Les photophones

Dans le monde des photophones, on observe l’apparition de la technologie appelée « 2×2 On-Chip Lens » (OCL) qui, grâce à une nouvelle structure de pixel, permet d’améliorer grandement la rapidité de l’autofocus et la sensibilité à la lumière : tous les pixels du capteur participent ainsi à la mise au point, ce qui la rend plus rapide et plus efficace.

Le résultat est que l’écart qualitatif entre une photo faite via un photophone (= smartphone) et un appareil photo de type compact a une tendance à se réduire au fil des ans. Surtout si le photographe utilise le RAW.

Un cas particulier : les capteurs moyen-format

Chez Pentax, le seul boîtier moyen-format est aujourd’hui le 645Z. Son capteur, de dimensions 43,8 × 32,8 mm, propose 51,4 Mpx.

Mais, dans ce type de capteurs, les années récentes en ont fait apparaître de bien plus « musclés ». Ainsi, le Fuji GFX 100 s dispose-t-il d’un capteur de 102 Mpx pour des dimensions comparables à celles du Pentax. Le Phase One XF IQ4, est équipé, lui, d’un capteur de 54×40 mm de 150 Mpx ! Mais on notera que, si le Pentax et, à un degré moindre, le Fuji, restent financièrement « relativement » accessibles, le Phase One fait, lui, entrer dans la « stratosphère des prix », même, il est vrai, si ce n’est pas uniquement en raison de son capteur : plus de 40 000 € selon les modèles.

On peut penser cependant que les évènements mondiaux actuels (pandémie COVID, conflits en Europe de l’Est et ailleurs) ne sont pas de nature à inciter à l’optimisme : la pénurie de semi-conducteurs se prolonge encore et encore. La photo n’est pas le seul domaine touché, tant s’en faut (la production automobile souffre aussi), mais, s’agissant d’une activité qui, pour beaucoup, ne constitue qu’un loisir, on peut avoir quelques doutes sur la priorité qui sera donnée à cette activité par les constructeurs et producteurs. Les capteurs photo font aussi partie de l’équation.

Les évolutions possibles

Pour la photo « traditionnelle »

On entend par « traditionnelle », la photo exercée au moyen d’un véritable APN dédié à cet usage, reflex et hybrides confondus.

En 2022, les formats de capteurs sont relativement « figés ». Les gammes précédemment citées (APS-C, FF, moyen-format,…) continuent d’exister et on ne voit pas apparaître de dimensions ou de capacités nettement plus importantes.

Les progrès (de ce point de vue) des premières années du numérique semblent trouver leurs limites. Même si la technologie peut permettre d’aller plus avant, les coûts que cela représente semblent plutôt dissuasifs pour le commun des photographes.

On peut déjà observer le coût des appareils moyen format, dû, au moins partiellement, à leur capteur surpuissant. Il est peu probable que, hormis quelques professionnels ou des privilégiés, les photographes d’aujourd’hui acceptent de mettre la main au portefeuille pour des équipements non essentiels et, pour eux, de loisir. Seuls peut-être les plus passionnés/fortunés accepteront d’y consacrer de telles sommes.

Car il faut aussi tenir compte des investissements annexes que cela suppose en termes d’équipements informatique, tant pour le traitement que pour le stockage des photos. C’est en tout cas l’opinion de l’auteur de ces lignes qui, en 10 années de photo numérique, a déjà accumulé plus de 35 000 clichés (de valeur très inégale, certes, ce qui devrait permettre un tri sélectif important). Il n’est pourtant pas atteint de « déclenchite aigüe » !

Pourquoi tant de pixels ?

La capacité en pixels des capteurs a été pendant longtemps considérée comme LE facteur principal de qualité des images.

S’il est vrai que disposer de plus de pixels permet des agrandissements plus importants sans trop perdre de détails (au moins sur écran), c’est beaucoup moins vrai pour les tirages papier. On peut réaliser des tirages aux dimensions respectables, même à partir de fichiers issus de capteurs de 10 à 12 Mpx. Tout dépend à quelle distance on se place pour les regarder ! Et aussi à quoi on les destine : pour une page ou une double page dans la presse, c’est suffisant. Mais peut-être pas pour de grands tirages destinés à une exposition.

Un exemple personnel…

À partir d’un fichier JPEG de 8121 Ko (image ci-dessous en format « web »), j’ai pu faire tirer un agrandissement de 30 x 45 cm d’excellente facture, chez un fournisseur en ligne bien connu.

Contrasté à souhait, ce tirage a pleinement satisfait son destinataire.

L’image transmise à l’imprimeur en ligne avait 6375 x 4250 pixels (K-1 + Helios 44K-4)

Si cette capacité en pixels a augmenté, c’est essentiellement pour des raisons de marketing et par les progrès technologiques. Mais, si ces progrès sont un facteur de l’amélioration des images, ils se sont accompagnés de progrès en matière d’électronique et en ce qui concerne le traitement du signal. Les vrais progrès en qualité sont surtout dus à ce qui est le moins visible sur les fiches de spécifications !

Pour être tout à fait juste, il faut cependant noter que l’augmentation du nombre de pixels se traduit par plus de sensibilité à la diffraction (lien) qui intervient alors plus tôt.

Observons aussi que des APN de gamme professionnelle chez les « 2 grands » historiques de la photo ne dépassent pas (ou dépassent de très peu) les 20 Mpx. N’est-ce pas un signe ?

Une explication

L’image de titre, en 2 parties, représente le même sujet, pris quasiment du même endroit, mais à plusieurs années d’écart : la partie à gauche a été prise en 2012 avec un K-5 (16 Mpx), la partie à droite en 2017 avec un K-1 (36 Mpx). La distance du sujet par rapport à l’APN est d’environ 200 m « à vol d’oiseau ».

L’objectif utilisé était très différent :

• pour la première : K-5 + DA 18-55 à 21 mm (équivalent 31,5 mm) – f/6.3
• pour la seconde : K-1 + Tamron 28-75 à 28 mm f/11

Les images ci-dessous en sont un agrandissement à 500 %.

Quelle conclusion faut-il en tirer ? Si l’on ne tient pas compte de la luminosité des images (non retravaillée en post-traitement) et de la qualité des objectifs, on constate que la pixellisation est sensiblement identique, malgré la différence du nombre de pixels des images d’origine.

L’argument du nombre de pixels des capteurs semble ne plus avoir de grande importance pour les très forts agrandissements. Cela reste toutefois à démontrer scientifiquement !

La fabrication de capteurs

Capteurs pour appareils photo numériques (hors smartphones)

Il y a eu de nombreux regroupements et si des sous-traitants existent, les principaux fabricants – en termes de parts de marché – sont aujourd’hui Canon (pour ses propres appareils) et Sony (pour beaucoup d’autres). N’oublions cependant pas Sigma (et son Foveon) et aussi Samsung. Il en existe d’autres, bien sûr, mais avec des parts de marché bien moindres.

Notons, cependant, que le capteur ne fait pas tout en matière de qualité de photo et que le traitement du signal, propre à chaque fabricant d’APN, apporte un modulo considérable.

Pour ce qui concerne Canon, la firme fabrique depuis 2000 ses propres capteurs, pour ses propres boîtiers.

Toutefois, en 2021, elle a proposé ses capteurs à d’autres partenaires, mais uniquement pour des applications industrielles, et pas pour la photo.

Le principal pourvoyeur est sans aucun doute Sony. On pourrait d’ailleurs considérer comme inquiétante sa prééminence dans ce domaine, qui touche presque à l’hégémonie.

C’est d’ailleurs de cette firme que viennent les progrès sans doute les plus intéressants. Sony semble aujourd’hui s’intéresser davantage aux performances intrinsèques de ses capteurs qu’à leurs capacités en pixels. Et c’est probablement plus judicieux. Il est vrai que leurs capacités peuvent d’ores et déjà être considérées comme largement suffisantes pour une très grande majorité de photographes : dans un de ses boîtiers 24×36, Sony a logé un capteur de 61 Mpx.

Les routes possibles du progrès

Nous avons évoqué  plus haut les technologies « Eye AF » et OCL. Elles démontrent que la quantité de pixels ne fait pas tout et surtout que les modalités de leur utilisation sont bien plus importantes.

Lorsqu’on lit les tests de smartphones, on se rend bien compte que le module photo donne souvent de piètres résultats en basse lumière (c’est parfois vrai aussi pour des APN). Cela se comprend aisément : les capteurs sont très petits. Ils contiennent beaucoup de pixels. Leur densité est forte à très forte et ils sont extrêmement petits eux aussi. Autant de critères qui favorisent l’apparition de bruit numérique venant détériorer l’image.

Pour contourner ces inconvénients (et quelques autres), les fabricants ont pris le parti de doter leurs appareils de plusieurs capteurs, chacun étant dévolu à une tâche spécifique. C’est ensuite le logiciel embarqué qui est chargé de composer et finaliser la photo à partir des « travaux » de chaque capteur.

Pourrait-on envisager la même démarche dans les appareils photo ? Et cela sans obligatoirement augmenter à l’infini les capacités des capteurs. Pourquoi pas, après tout ?

Mais ce serait une révolution considérable sur beaucoup de plans. Les paris sont ouverts : qui les prendra ?

Pour les capteurs

Cependant, on admet aujourd’hui que le « toujours plus de pixels » est vain. Il est non seulement de plus en plus difficile, pour le moment, de progresser technologiquement, mais, en outre, les gains apportés semblent plus faibles que les inconvénients que cela engendre. Ou alors, il faudrait, avec tous les inconvénients que cela suppose, augmenter la taille des capteurs (plus de pixels, mais une densité similaire).

Dès lors, les améliorations que l’on pourrait attendre devraient se situer sur d’autres plans. Pas obligatoirement sur les capteurs. Alors où ?

L’AF et les objectifs

Pour ce qui concerne Pentax, Ricoh Imaging a toujours proclamé son intention de ne pas produire de boîtier sans miroir. Reste à savoir si la technologie reflex peut encore progresser et jusqu’où. Pour l’heure, seuls les ingénieurs pourraient le dire ! Ce n’est donc pas de ce côté qu’il faut regarder. Peut-être vaudrait-il mieux faire progresser l’AF – c’est déjà bien commencé avec le K-3 mark III – et développer des objectifs à la hauteur de ces améliorations. Les productions récentes vont dans ce sens. Nul doute que ce sera vrai aussi pour les productions futures. A la condition de pouvoir utiliser les capteurs qui le permettent !

Autres améliorations possibles

D’autres améliorations pourraient aussi voir le jour pour ce qui touche à la qualité des images en haute sensibilité. Si, aujourd’hui, plusieurs boîtiers proposent des images d’excellente qualité jusqu’à 6400 ISO, c’est généralement au-delà de cette valeur que les choses se gâtent, avec plus ou moins d’intensité et de progressivité. Rêver à des boîtiers (et leurs logiciels intégrés) pouvant offrir une qualité de même niveau ou de niveau supérieur (on vous a dit que l’on est dans le rêve !) à 51 200 voire 102 400 ISO ouvrirait des perspectives intéressantes pour la photo en très basse lumière. À condition cependant que le bruit numérique généré soit correctement traité et de manière à ne pas altérer le caractère naturel des images.

Améliorer la qualité des écrans est aussi un impératif pour afficher des images « body-buildées » en pixels. Quel écran est aujourd’hui capable d’afficher correctement les 7360×4912 pixels d’un capteur de K-1 ? Aujourd’hui, les meilleurs (4K) affichent généralement 4 096 x 2 160 pixels. Plus rares, et bien plus chers, les écrans « 8K » dans des téléviseurs affichent, eux, 7 680 × 4 320 soit 33,2 Mpx. Et les améliorations ne semblent pas à la hauteur des attentes.

Il en va de même, quoique peut-être à un degré moindre, pour les imprimantes où interviennent d’autres problématiques.

L’imagination n’ayant pas de limite, d’autres pistes de progrès sont sans doute possibles.

Et finalement ?

Une question, essentielle, vient immédiatement à l’esprit : quand on y regarde de près, est-il VRAIMENT nécessaire, ou même simplement utile, d’augmenter toujours plus le nombre de pixels des capteurs ?

À l’évidence, à la lumière de ce qui précède, la réponse est négative. Le plus important n’est pas de produire des photos avec beaucoup de pixels, mais plutôt des photos de bonne qualité. Certaines images prises avec des capteurs de 6 Mpx sont bien plus belles que d’autres prises à 42 Mpx. La différence ? Certes, probablement de meilleurs capteurs. Mais aussi, sans le moindre doute, le talent et/ou le savoir-faire des photographes. On ne le dira jamais assez : ce n’est pas le matériel qui fait une bonne photo à lui tout seul : il ne fait qu’obéir aux ordres (paramétrages), aux gestes et à la réflexion du photographe. Dans ce domaine, la pratique assidue (et corrective des erreurs) est un élément essentiel.

Alors, à nos boîtiers !