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Panasonic, avec Fujifilm, bouleverse la technologie des capteurs

08/02/2016 | LAURENT KATZ

À l’heure où un Nikon avance une sensibilité excédant les trois millions d’Iso avec le D5 et son capteur somme toute conventionnel, le duo Fujifilm/Panasonic progresse sur la voie menant à un capteur Cmos plus sensible et offrant une plus grande dynamique.

Faut-il préciser que la technologie sous-jacente ne va pas se retrouver dans nos appareils photo à court terme. Il s’agit d’une piste certes concrète et prometteuse d’évolution des imageurs, mais aujourd’hui, il n’y a aucune indication sur l’emploi dans un appareil photo, donc pas de taille ou de format de capteur, ni de définition et encore moins de date de production industrielle. Ce capteur OPF (Optical Photoconductive Film) est le fruit d’une collaboration, Panasonic faisant usage d’une couche de composants organiques (des substances principalement carbonées, à la différence de matériaux minéraux),développée par Fujifilm, pour capturer les photons, à la place d’une photodiode en silicium.

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La structure d’un capteur Cmos rétroéclairé (BSI) comparée à celle du capteur organique (document Panasonic).

Un peu d’histoire
Remontons en 2011, année de publication de brevets par Fujifilm et Panasonic, posant les bases de pistes technologiques parmi d’autres. Deux ans plus tard, en 2013 donc, les deux sociétés donnent du grain à moudre dans une annonce conjointe.
En ce début d’année 2016, les deux compères se rappellent à notre bon souvenir. Panasonic annonce le développement d’un capteur Cmos employant la couche photoconductrice organique conçue par Fujifilm. Il assure une capture globale de l’image. Késako ? Cela signifie que tous les pixels seront capturés en même temps et non séquentiellement, rangée après rangée. Ce qui élimine l’effet de rolling shutter se traduisant par des verticales transcrites avec une inclinaison et des objets rotatifs distordus. Les photos et les vidéos de sujets en mouvements, même rapides, ou les arrière-plans lors des rafales avec suivi du sujet, gagneront en précision géométrique. Cette dernière caractéristique n’est pas nouvelle, mais elle est ici associée, selon Panasonic, à une plus grande saturation du signal. Entendez par là que les circuits supportent un signal électrique plus intense, pour un meilleur rendu des hautes lumières qui seront moins brûlées.

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Les pales du ventilateur sont déformées avec un capteur offrant une acquisition séquentielle, quand un imageur avec acquisition globale (OPF) ne distord pas les objets.

Ce capteur présente une autre caractéristique, la possibilité de fournir, pour un déclenchement sur l’appareil photo, plusieurs expositions avec des sensibilités ou des temps d’exposition différents. Ce qui pourrait être mis à profit par un processeur de traitement pour détecter un objet en mouvement et sa direction, afin d’optimiser l’autofocus et la vitesse d’obturation. Tout cela constitue bien sûr des hypothèses de travail ouvrant la voie à des automatismes plus sophistiqués et performants. Pour l’instant, il y a loin de la coupe aux lèvres et il faudra patienter jusqu’à ce qu’un tel capteur se retrouve dans un appareil photo associé à une puce exploitant ses atouts.

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Des expositions multiples réalisées au niveau du capteur OPF, avec des paramètres différents, pourraient faciliter le travail des automatismes, notamment l’autofocus (document Panasonic)

Haute dynamique
Par ailleurs, Panasonic dévoile le développement d’un capteur, toujours sur la base d’une photodiode organique, cent fois plus sensible et doté d’une bonne résistance au blooming, un phénomène qui intervient quand la photodiode est « aveuglée » par une lumière intense et ne peut absorber tous les photons qu’elle reçoit. Pas étonnant que la marque indique que les applications automobiles sont en ligne de mire (pour 2020 au plus tôt). Bien utile quand la conduite automatique de nuit devra disposer de caméras qui ne devront pas être éblouies par les phares des voitures venant en face et les éclairages urbains, pour distinguer d’éventuels obstacles et piétons à contre-jour. Pour cela, Panasonic profite d’une particularité du capteur OPF, la dissociation entre la zone de capture de la lumière et les circuits stockant la charge électrique qui en résulte. Elle a doublé les cellules de conversion, l’une plus sensible pour gérer les très basses lumières, l’autre moins encline à la saturation pour accepter les grandes luminosités. Ce qui rappelle, toutes proportions gardées, le capteur SuperCCD de Fujifilm pour lequel chaque photosite comportait deux photodiodes aux rôles différents. Un tel capteur pourrait aussi éliminer un défaut de la visée électronique, à savoir sa faible dynamique, une caractéristique directement liée à l’imageur de l’appareil. Un prototype de 2 Mpxl a été développé par Panasonic.

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Une variante du capteur OPF met en œuvre une paire de cellules de conversion, l’une capable de gérer les niveaux lumineux très faibles, l’autre n’étant pas perturbée par une lumière intense (document Panasonic).
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Le schéma de principe de la double acquisition montre que les hautes lumières intenses sont fusionnées avec les informations provenant de l’autre cellule d’acquisition. La dynamique de la capture est ainsi plus étendue (document Panasonic).
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La haute dynamique (123 dB) du capteur OPF à double cellule comparée à celle d’un capteur Cmos conventionnel (document Panasonic).

Décidément très en verve, Panasonic a aussi présenté à l’ISSCC (International Solid-States Circuits Conference 2016) un capteur Cmos de type APD qui multiplie les photons reçus, assurant une restitution des couleurs sous un niveau lumineux aussi faible que 0,01 Lux (une nuit étoilée) et offrant à ses dires une dynamique très élevée.

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Le capteur APD facilite l’acquisition des couleurs dans la quasi-obscurité. Reste à débruiter l’image ensuite (document Panasonic).

- Le capteur OPF
- Le capteur OPF à dynamique élevée
- Le capteur APD

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Messages

  • Vive la photo de télé surveillance !!!
    Quand on voit les résultats des sony et les exemples juji et pana dans ce sujet on se demande comment les magazines sérieux ont pu se laisser embobiné par cette histoire de dynamique à la noix ..
    Jusqu’à preuve du contraire aucun jpg ne peut contenir plus de 8EV de dynamique et aucun moniteur même à plusieurs milliers d’euros ne peut en contenir plus de 10EV.. à part pour l’armée et la surveillance ce genre de couleurs ne peut présenter aucun intérêt pour de la photo.. En photo, les HDR sont passés de mode depuis un moment.

    Par contre les effets de rolling shutter en photo sur les filés seraient un énorme plus !!!! c’est le seul intérêt rél de cette nouveauté pour la photo.

  • @newworld666 :

    aucun jpg ne peut contenir plus de 8EV


    Evidemment, puisque dans un jpeg chaque couleur est codée sur 8 bits, soit 256 niveaux.
    Mais, sans parler des RAW à 12 ou 14 bits par couleur :
    1. Prenez en photo un paysage de neige au soleil avec des sapins verts foncés : ça fait environ 12 EV de dynamique.
    2. Si vous avez un appareil pas trop mauvais (comme mon Fuji X-T1), son capteur encaisse les 12 EV. Mais avant de généreer le JPEG, le processeur va faire rentrer les 12 EV dans le JPEG : la neige au soleil sera codée (en RVB) comme 255, 255, 255, et le sapin foncé comme (0,0,0).
    Moralité votre JPEG, issu d’une scène à 12 EV, pourra être affichée sur n’importe quel écran.

  • @newworld666

    Pas vraiment d’accord.
    Vous avez sans doute mal lu l’article.

    1-Le capteur OPF permet en principe de se passer d’un filtre IR car la couche organique photoconductrice n’y est pas sensible.

    2-L’épaisseur réduite de la couche photoconductrice permet une meilleure sensibilité aux rayons inclinés de + ou - 30º.

    Ces deux avantages permettent d’envisager des objectifs GA, zooms GA plus compacts, à la Leica.
    Personne ne s’en plaindra.

    Ensuite, il y a le "global shutter" qui permet semble-t-il de se passer d’un obturateur mécanique.
    On y gagne en bruit, en simplicité mécanique...et en qualité d’image (suppression des distorsions)

    + Les avantages du global shutter sur le traitement de l’image et l’AF associé.

    Ça fait beaucoup d’avantages pour un seul capteur et les leaders actuels du marché devraient sans doute s’inquiéter davantage des progrès accomplis par le duo Pana/Fuji.

    On peut également s’interroger sur d’autres avantages potentiels de ce capteur.

    Par exemple, l’OPF est associé à un substrat en Silicium.
    Question : Peut-on remplacer ce substrat par un autre semi-conducteur plus facile à fabriquer.

    Bref, l’OPF est une des technologies les plus prometteuses pour produire des capteurs toujours plus performants et....moins chers.

    Il ne faut pas s’étonner des délais observés par rapport aux premières recherches et les premiers produits commerciaux (2020). Après tout, il a fallu 30 ans de travail pour le CCD pour passer du laboratoire aux premiers produits commerciaux.

  • "Jusqu’à preuve du contraire aucun jpg ne peut contenir plus de 8EV de dynamique"
    Mon pauvre Monsieur, si votre arsenal photographique se limite au Jpeg et au HDR, je comprends que vous n’ayez pas perçu l’intérêt de la chose...
    (la surveillance est un tout autre débat !)

  • En effet, canonikon a du souci à se faire.....

    Certains commentaires aux USA laissent penser que Fuji et panasonic seraient bientôt prêts pour une pré production . D’autre part, un responsable Fuji a déclaré il y a deux jours - mais ils avaient déjà dit qu’ils ne feraient pas de moyen format avant de dire le contraire une semaine après - que Fuji considérait le.xtrans III comme supérieur à ce nouveau capteur et qu’ils n’étaient pas vraiment intzressés d’en produire en masse. Info ou intox ? sans doute une stratégie destinée à ne pas "énerver" la concurrence ....

  • Plus "facile" et moins cher à fabriquer , est ce que cela n’inciterait pas panasonic à passer au full frame ? D’autant plus que si comme Éric p le dit, ils auraient la capacité de produire des optiques type leica M , cela leur permettrait d’offrir une gamme Ff compacte.

  • C’est un fait vouloir comprimer 12 ou 14 EV dans des fichiers de 8EV et mater ça avec des moniteurs qui ne peuvent en afficher que 10 max .. et je ne parle pas des impressions encore plus limitée.
    Cela s’appelle du HDR .. ce n’est pas une honte d’aimer ce type de photo même si ça a passé de mode ..
    Mais bon, même si on compresse 11EV des Canon ou 14 ev de je ne sais quelle boitiers, dans la vie ça ne change quasiment rien au résultat final pour pondre de belle photos.. depuis le temps qu’on nous bassine avec la dynamique qui n’a pas grand chose à voir avec de la photo, ça n’empêche pas les marque à 11EV de truster les distinctions 2015 de chez National Geographic publiées fin décembre.
    Il y a quasiment tous les exifs visible avec Exify/firefox dans ces résultats .. http://petapixel.com/2015/12/29/here-are-the-winning-photos-of-the-2015-national-geographic-photo-contest/
    On est pas obliger de basculer dans de la photo à la mode télésurveillance pour en faire de jolies manifestement.

  • le problème c’est que ceux qui critiquent le dynamique des capteurs des autres marques ne font jamais de photos ils achètent des appareils photos et et des objectifs, ne regardent que le dynamique et le piqué, au lieu de montrer leurs photos...mon site mamz-nature.wix.com

  • @8 - newworld666

    Cela s’appelle du HDR


    Non, relisez bien mon exemple en n°3 ; il n’est pas question de HDR, et je n’en ai jamais fait.

    Je parlais juste d’avoir une photo où on voit à la fois de la neige au soleil (pas cramée) et des sapins AU SOLEIL (avec des détails, pas tout noirs).

    Le HDR c’est une photo où on voit à la fois de la neige au soleil et des sapins A L’OMBRE (dynamque énorme => une seule prise de vue ne suffit pas, il faut en combiner plusieur et ça peut donner un air artificiel).

  • @9

    au lieu de montrer leurs photos


    Moi j’en fais des photos, et ce depuis l’âge de 13 ans (j’en ai 59) : http://www.tmso-multimedia.com/
    Après 40 ans de diapositive, la dynamique des capteurs actuels me va très bien, surtout avec l’histogramme en live.

  • si mamz-nature.wix.com ne marche pas essayez gabrielcalixte44.wix.com/mamz-nature à bientot